HU203007B - Circuit arrangement for remote sender measuring first of all difference of the potential differences - Google Patents

Abstract

A találmány kapcsolási elrendezés elsősorban feszültségkülönbségek különbségének mérésére szolgáló távadóhoz, melyben műveleti erősítő (1) fázistartó bemenete földdel (8), kimenete pedig egyrészt visszavezető ellenálláson (Rv, keresztül a műveleti erősítő (1) fázisfordító bemenetével, másrészt hatásláncban sorba kapcsolt kimenetikapcsolón (5) és szűrőn (6) keresztül feszültségkimenettel (Ulti) van összekötve és oszcillátor (7, a kimenetikapcsoló (5, további bemenetére csatlakozik oly módon, hogy első feszültség bemenet-pár (Ubell és Ubel2) hatásláncban sorba kapcsolt első bemenetikapcsolón (41), kondenzátoron (Cl) és elörevezető ellenálláson (Rl), n-dik feszültségbemenet-pár (UbeNl és UbeN2) pedig hatásláncban sorba kapcsolt további bemenetikapcsolón (4N), kondenzátoron (CN) és elörevezető ellenálláson (RN, keresztül van a műveleti erősítő (1, fázisforditó bemenetével összekapcsolva, és az oszcillátor (7) kimenete a bemenetikapcsolók (41, 4N) további bemenetével is össze van kötve. Jellemző ábra: 4. ábra. u. U»0‘ : J4N : : , _; “1* IatH- UH*· HU 203007B A leírás terjedelme: 5 oldal, 1 rajz 4 ábra -1-

Description

A találmány tárgya kapcsolási elrendezés elsősorban feszültségkülönbségek különbségének mérésére szolgáló távadóhoz, mely előnyösen alkalmazható pl. fél hidba vagy teljes hídba kapcsolt nyúlásmérö-bélyegek vagy hőellenállások villamos jelének fogadására, erősítésére és továbbítására.

A találmány tárgyát képező kapcsolási elrendezésben műveleti erősítő fázistartó bemenete földdel, kimenete pedig egyrészt visszavezető ellenálláson keresztül a műveleti erősítő fázisforditó bemenetével, másrészt hatásláncban sorba kapcsolt kimenetikapcsolón és szűrőn keresztül feszültségkimenettel van összekötve, oszcillátor a kimenetikapcsoló további bemenetére csatlakozik, első feszültségbemenet-pár hatásláncban sorba kapcsolt első bemenetikapcsolón, kondenzátoron és előrevezető ellenálláson, n-dik feszültségbemenet-pár pedig hatásláncban sorba kapcsolt további bemenetikapcsolón, kondenzátoron és előrevezető ellenálláson keresztül van a műveleti erősítő fázisforditó bemenetével összekapcsolva, és az oszcillátor kimenete a bemenetikapcsolók további bemenetével is össze van kötve.

A szakirodalomból igen sok távadó kapcsolási elrendezés ismert. Ezen megoldások szerteágazó igényeket elégítenek ki. A HU 192 265 lajstromszámú, .Intelligens mV-távadó galvanikusan leválasztott analóg kimenettel’ című szabadalom például a digitális jelfeldolgozás előnyeivel is élörendszer technikai megoldást javasol.

A HU 192 356 lajstromszámú, .Kapcsolási elrendezés áramtávadókhoz' című szabadalom hazai alkatrészbázison megvalósítható, speciális áramgenerátor-megoldást tartalmazó távadót ismertet. A HU 193 403 lajstromszámú, .Kapcsolási elrendezés töltésmennyiségek feszültség - vagy áram jellé alakítására című szabadalom elsősorban kapacitiv jelforrások illesztési problémáit oldja meg. A HU 196 514 lajstromszámú, .Kapcsolási elrendezés ikeráram előállítására’ című szabadalom pedig egyszerűen átprogramozható ikeráram-generátorokat tartalmazó távadót véd.

Az előzőekben részletezett, és a szakirodalomból ismert, hasonló rendeltetésű távadóknak közös sajátossága, hogy feszültségkülönbségek különbségének mérésére csak többszőrözés révén alkalmasak, vagy pedig bemeneti méröerösitők kombinációját alkalmazzák.

A többszörözés természetesen az alkalmazott távadók számának növelése miatt a teljesítményigény és a mérési hiba növelését ill. a megbízhatóság csökkenését eredményezi. Ezért, ha lehetséges, inkább a bemeneti erősítők kombinációját alkalmazzák.

A dr. Schnell László által szerkesztett, Jelek és rendszerek méréstechnikája (Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1985.) című könyv a 9.1.3. - 9.1.5. fejezeteiben (444-455. oldal) részletes áttekintést ad a bemeneti mérőerősítőkröl.

A hivatkozott könyv és más szakirodalomnak alapján az 1. ábrán egy összegző erősítő, a 2. ábrán pedig a különbségképző erősítő alapkapcsolását mutatjuk be. Az ábrák és a hivatkozott szakirodalom szerint Ukí feszültség kimeneten és Ubell, Uuel2 első feszültségbemenet-páron mérhető feszültségek között az alábbi összefüggések

állnak fenn:
Uki =	Rv - - Ubell Rll	Rv --Ubel2 ill. R12	ll’)
	Rv	Rv
Uki =	- - Ubell	+ - Ubel2,	(2’)
	Rll	Rll
amennyibe;	η 1 műveleti erősítő közel	ideális
erősítőnek	tekinthető,	és
	Rv	R5
	- = ·		(3’).
	Rll	R4
Az 1. és 2,	. ábrán látható erösitö
	Rll =	R12	14’)

választással valóban összegző és fázisforditó ill. különbségképzó és fázisfordító erősítőkapcsolás.

A 3. ábra a bemeneti erősítőknek egy olyan kombinációját mutatja, amely kettő darab feszültség különbség különbségének a képzésére alkalmas. A 3. óbra szerinti kapcsolásnak egy tavadon belül bemeneti fokozatként való alkalmazása tehát kettő darab feszültségkülőnbség különbségének mérésére alkalmas távadó kialakítását teszi lehetővé. Az alkalmazásnak azonban korlátját jelenti a (3’) és (4’) megkötés, amely nagy pontosságú és a környezeti változásokra azonosan reagáló ellenállásokat ír elő. Különösen az problematikus, hogy a 3 különbségképzó mérőerösítök egymás után kapcsolásával az első fokozat hibája a második fokozaton keresztül felerősítve terjed tovább. Tehát az egymás után kapcsolt fokozatok számát minimalizálni kell. Három darab feszültségkülönbség különbségének mérésére azonban már három fokozat, öt darab feszültségkülönbség különbségének a mérésére pedig már négy fokozat egymás után kapcsolása szükséges, kellő pontossággal azonban már a kettő fokozattal megvalósított 3. ábra szerinti kapcsolás is igen nagy nehézségek árán vitelezhetó ki.

Látható tehát, hogy a feszültségkülönbségek különbségének mérésére szolgáló, ismert' kapcsolási elrendezések komoly hiányosságokkal rendelkeznek.

A találmány célja a hasonló rendeltetésű, ismert kapcsolási elrendezések hiányosságainak kiküszöbölése, azaz olyan kapcsolási elrendezés kialakítása, amelynél a feszültségbemenet-párok számának növelésével együtt nem szükséges sem a távadók, sem pedig az egymás után kapcsolt precíziós erősítő fokozatok számát növelni.

HU 203007 Β

A találmány alapját az a felismerés adja, hogy gyakorlatilag tetszőleges számú feszültségkülönbség különbsége képezhető egyetlen negatívan visszacsatolt műveleti erősítő segítségével, ha a feszültségbemenet-párokat váltókapcsolókra visszük, a váltókapcsolók kimenetét egyenáramú leválasztást biztosító kondenzátoron keresztül kapcsoljuk a műveleti erősítő visszacsatolását meghatározó hálózaton belül található elórevezető ellenállásokra és szinkron demodulátort alkalmazunk.

A találmány tehát kapcsolási elrendezés elsősorban feszültségkülönbségek különbségének mérésére szolgáló távadóhoz, amely kapcsolási elrendezésben műveleti erősítő fázistartó bemenete földdel, kimenete pedig egyrészt visszavezető ellenálláson keresztül a műveleti erősítő fázisforditó bemenetével, másrészt hatásláncban sorba kapcsolt kimenetikapcsolón és szűrön keresztül feszültségkimenettel van összekötve. Oszcillátor a kimenetikapcsoló további bemenetére csatlakozik. A találmányt az jellemzi, hogy első feszültségbemenet-pár hatásláncban sorba kapcsolt első bemenetikapcsolón, kondenzátoron és elórevezető ellenálláson, n-dik feszültségbemenet-pár pedig hatásláncban sorba kapcsolt további bemenetikapcsolón, kondenzátoron és elórevezető ellenálláson keresztül van a műveleti erősítő fázisforditó bemenetével összekapcsolva, és az oszcillátor kimenete a bemenetikapcsolók továbbbi bemenetével is össze van kötve.

A talámány szerinti kapcsolási elrendezés egy előnyös kiviteli alakjában a műveleti erősítő és az oszcillátor kimenete, valamint a kimenetikapcsoló bemenetel közé galvanikus leválasztó van közbeiktatva.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés egy további kiviteli alakjában az oszcillátor kimenete a- szűrő egy további bemenetével össze van kapcsolva.

A találmány egy további előnyös kivitele szerint a műveleti erősítő fázistartó bemenete és a föld közé áramlevezető ellenállás van közbeiktatva.

A találmányt a továbbiakban a rajzon szemléltetett kiviteli alak alapján ismertetjük.

A rajzon az
1. ábra	egy összegző és fázisforditó erősítő egy lehetséges kapcsolási rajza, a
2. ábra	egy külőnbségképzö és fázisforditó erősítő egy lehetséges kapcsolási rajza, a
3. ábra	egy olyan kapcsolási elrendezés tömbvázlata, amely kettő darab feszültségkülönbség különbségére szolgál és a 4. ábra a találmány tárgyát képező kapcsolási elrendezés.
A 4. ábrán	folytonos vonallal ábrázoltuk a találmány lényegét képező alapkapcsolási elrendezés egy lehetsé-
4	ges kiviteli alakját, szaggatott

vonallal pedig a lehetséges kiviteli alak kiegészítéseit.

A példaként bemutatott egyik lehetséges kiviteli alak - mint az a 4. ábrán is látszik n darab feszültségkülőnbség különbségét képező kapcsolási elrendezés. A kapcsolási elrendezésben 1 műveleti erősítő fázistartó benienete 8 földdel, kimenete pedig egyrészt Rv visszavezető ellenálláson keresztül az 1 műveleti erősítő fázisforditó bemenetével, másrészt hatásláncban sorba kapcsolt 5 kimenetikapcsolón és 6 szűrön keresztül Úti feszültségkinienettel van összekötve. 7 oszcillátor az 5 kimenetikapcsoló további bemenetére csatlakozik. Ubell és Ut»12 első feszültségbemenet-pár hatásláncban sorba kapcsolt 41 első bemenetikapcsolón, Cl kondenzátoron és Rl előrevezető ellenálláson, UbeNl és UbeN2 n-dik feszültségbemenet-pár pedig hatásláncban sorba kapcsolt 4N n-dik bemenetikapcsolón CN kondenzátoron és RN előrevezetó ellenálláson keresztül van az 1 műveleti erősítő fázisfordító bemenetével összekapcsolva, és a 7 oszcillátor kimenete 41, 4N bemenetikapcsolók további bemenetével is össze van kötve.

Mint az a 4. ábrán látszik, a kapcsolási elrendezés magját az Rv visszavezető ellenállás és az Rl-RN előrevezető ellenállás segítségével negatívan visszacsatolt, összegző és fázisforditó üzemmódban működtetett 1 műveleti erősítő adja. A 41-4N bemenetikapcsolók ill. az 5 kimenetikapcsoló szinkron működtetésű modulátort ill. demodulátort képeznek, és működésüket a 7 oszcillátor vezérli. A Cl-CN kondenzátorok leválasztó kondenzátorok, mivel a modulátorként működtetett 41-4N kapcsolók által előállított váltakozó áramú jelet leválasztják a Ubell és Ubel2 ill. UbeNl és UbeN2 első ill. n-dik feszültségbemenet-párra kapcsolt egyenfeszültségröl. A 6 szűrő az esetleges kapcsolási tranzienseket szűri ki és középértéket képez.

A 4. ábrán látható kapcsolási elrendezésen belül váltóáramú szempontból a 41-4N bemeneti kapcsoló és a Cl-CN kondenzátor mindegyike egy kölönbségképzó, hiszen az Ubell és Ubel2 első feszültségbemenet-párra adott feszültségek különbségével arányos csúcsértékű váltakozó áramú jel jelenik meg egyenáramú szempontból leválasztva a Cl kondenzátor és az Rl ellenállás közös pontján, és az UbeNl és UbeN2 n-dik feszültségbemenet-párra adott feszültségek különbségével arányos csúcsértékü váltakozó áramú jel pedig a CN és az RN ellenállás közös pontján.

Az elmondottak alapján tehát szinkron modulációt és deniodulációt feltételezve, az (1’) képletet figyelembevéve felírható, hogy

Rv Rv

Uki =--(Ubell Ubel2) ...--Rl RN (UbeNl - UbeN2) (5’),

HU 203007 Β amennyiben a 41-4N bemenetikapcsolókat és az 5 kimenetikapcsolót a 7 oszcillátor azonos fázisában vezérli.

Tegyük fel, hogy a 41 bemenetikapcsoló vezérlését ellentétes fázisúra választjuk. Ekkor az (5’) egyenlőség első tagja előjelet vált, azaz az

Rv	Rv
Uló = + - (Ufaell - Ubel2) - ..	..--
Rl	RN
(UheNl - UbeN2) egyenlőség lesz érvényes. Látható tehát, hogy	(6’)

Rí = ... = RN (7’) választással egy olyan kapcsolási elrendezéshez jutunk, amely alkalmas n darab feszültségkülönbség algebrai értelemben vett összevonására, azaz általánosított értelmű különbségének a képzésére, oly módon, hogy a különbségképzés (összevonás) előjelét a 41-4N bemenetikapcsolókat vezérlő jel fázisa határozza meg.

A 4. ábrán kiviteli példaként bemutatott kapcsolási elrendezéssel 0,5% osztálypontosságú távadó valósítható meg, ha a passzív alkatrészek például a következők:

CL = CN = 470 nF;

Rl = RN = 340 kohm ± 0,2% és Rv = 1 Mohm ± 0,2%.

A 41-4N bemenetikapcsolók és az 5 kimenetikapcsoló megvalósítható például CD 4053 típusú CMOS kapcsolóval, az 1 műveleti erősítő pedig TL 062 típusú erősítővel.·

Érdemes továbbá az erősítést egy közbeiktatott AC erősítő fokozattal, a szakirodalomból ismert módon, két nagyságrenddel növelni.

A 7 oszcillátor a szakirodalomból jól ismert négyszög generátorok bármelyike lehet, a fenti passzív alkatrész értékeknél frekvenciáját pár száz Hz körül célszerű megválasztani.

A 6 szűrő ugyancsak a szakirodalomból jól ismert aluláteresztő szűrókapcsolósok bármelyike lehet, határfrekvenciáját a példaként ismertetett konkrét értékeknél célszerű az oszcillátorfrekvencia alatt több nagyságrenddel megválasztani.

Egy további lehetséges kiviteli alak galvanikusan leválasztott távadó kialakítását teszi lehetővé, mivel az 1 műveleti erősítő és a 7 oszcillátor kimenete, valamint az 5 kimenetikapcsoló bemenetel közé 9 galvanikus leválasztó van közbeiktatva.

A 9 galvanikus leválasztó lehet pl. a szakirodalomból jól ismert impulzustranszformátor vagy optikai csatoló.

Egy további előnyös, példaként kiviteli alakban a 6 szűrő vezérelt szűrőként van működtetve, mivel a 7 oszcillátor kimenete a 6 szűrő egy további bemenetével van összekapcsolva.

Végül egy további előnyös, példaként! kiviteli alakban az 1 műveleti erősítő áramdriftje is minimalizálható, mivel az 1 műveleti erősítő fázistartó bemenete és a 8 föld közé R3 áramlevezető ellenállás van közbeiktatva. R3 értékére az optimális választás

R3 = Rv || Rljl ... ]I RN (8).

Látható, hogy a találmány tárgyát képező kapcsolási elrendezés igen egyszerű, s ezért igen megbízható megoldást kínál feszültségkülönbségek különbségének a mérésére szolgáló távadók kialakítására. Az egyszerű felépítés következtében igen olcsón valósítható meg, teljesítményigénye igen alacsony és igy miniatürizálható is.

Ezen előnyei valószínűsítik igen széles körű elterjedését, pl. robbanásbiztos kivitelben is megvalósítható.

Claims (4)

1. Kapcsolási elrendezés elsősorban feszültségkülönbségek különbségének mérésére szolgáló távadóhoz, melyben műveleti erősítő 5 fázistartó bemenete földdel, kimenete pedig egyrészt visszavezető ellenálláson keresztül a műveleti erősítő fázisfordító bemenetével, másrészt hatásláncban sorba kapcsolt kimenetikapcsolón és szűrőn keresztül io feszültségkimenettel van összekötve és oszcillátor a kimenetikapcsoló további bemenetére csatlakozik azzal jellemezve, hogy első feszültségbemenet-pár (Ubell és Ubel2) hatásláncban sorba kapcsolt első bemenetikapcso- 15 lón (41), kondenzátoron (Cl) és előrevezetó ellenálláson (Rl), n-dik feszültségbemenetpár (UbeNl és UbeN2, pedig hatásláncban sorba kapcsolt további bemenetikapcsolón (N4), kondenzátoron (CN) és előrevezető el- 20 lenálláson (RN) keresztül van a műveleti erősítő (1) fázisforditó bemenetével összekapcsolva, és az oszcillátor (7) kimenete a bemenetikapcsolók (41, 4N) további bemenetével is össze van kötve. 25

2. Az 1. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy a műveleti erősítő (1) és az oszcillátor (7) kimenete, valamint a kimenetikapcsoló (5) bemenetel közé galvanikus leválasztó (9) van közbeiktatva. 30

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy az oszcillátor (7) kimenete a szűrő (6) egy további bemenetével össze van kapcsolva.

4. Az 1-3. igénypontok bármelyike sze- 35 rinti kapcsolási elrendezés azzal jellemezve, hogy a műveleti erősítő (1) fázistartó bemenete és a föld (8) közé áramlevezető ellenállás (R3) van közbeiktatva.