HUP0000749A2

HUP0000749A2 - Berendezés forgóelem fordulatszámának meghatározására

Info

Publication number: HUP0000749A2
Application number: HU0000749A
Authority: HU
Inventors: Horst Ziegler
Original assignee: Horst Ziegler
Priority date: 1999-02-27
Filing date: 2000-02-21
Publication date: 2000-09-28
Also published as: DE19908612A1; SK2112000A3; HU0000749D0; EP1033578A2; EP1033578B1; DE50009954D1; ATE292803T1; EP1033578A3; DE19908612B4; PL338627A1; HUP0000749A3

Abstract

Elrendezés főrgó elem főrgásának érzékelésére, amelynek felépítése: afőrgó elemnek egy lényegében sík felületén vezető részfelület vankialakítva, amellyel szemben álló helyzetű érzékelő elemen (7)legalább kettő, síkfelületű elektróda van meghatárőzőtt távőlságbanelrendezve, amelyek közül legalább egy gerjesztő elektróda (3) éslegalább egy vevő elektróda (4) rendeltetésű, amelyek a főrgó elemfőrgása közben az elektrőmősan vezető részfelület által kapacitívmódőn csatőlhatók. Detektáló eszközök vannak elrendezve őly módőn,amelyek révén a gerjesztő elektródára (4) feszültség impűlzűsőkjűttathatók és a vevő elektródán (3) vett jelek tapőgathatók le; ésamely detektáló eszközök úgy vannak kialakítva, hőgy a letapőgatőttjelek alapján meghatárőzható a főrgó elemnek az érzékelő elemhez (7)viszőnyítőtt helyzete. ŕ

Description

Képviselő: Dr.Jalsovszky Györgyné ügyvéd

Társképviselő: Dr.Tóth-Urbán László ügyvéd

P 00 00749

Elrendezés forgó elem forgásának érzékelésére

Prof. Dr. ZIEGLER Horst

Paderborn, Németország

Feltaláló: azonos a bejelentővel

Bejelentés napja:

Elsőbbsége:

2000. 02.21.

1999. 02. 27.

199 08 612.5-52

Németország

KÖZZÉTÉTEL PÉLDÁNY

A találmány forgó elem forgásának érzékelésére szolgáló elrendezésre vonatkozik. A fogyasztásmérést szolgáló technika feladata gyakran az, hogy egy mechanikus térfogatmérő készülék, 25 mint pl. egy vízóra esetében elektronikusan letapogassuk egy primer jeladó fogyasztással arányosan forgó alkatrészének forgó mozgását. Ez a forgó mozgás azután elektronikusan értékelhető, összegezhető, és az összegzett fogyasztás optikai vagy elektronikus kommunikációs rendszeren keresztül elszámolás, 30 ellenőrzés vagy vezérlés céljából átvihető. A forgó alkatrész, pl.

szárnyaskerék eredeti forgó mozgását gyakran még mechanikusan is csökkentik. Ez a lassító áttétel egyrészt tizedes értékű kijelzett értékekre kell vezessen, ha a térfogatáramlás mérőt egy hagyományos mechanikus, kijelzővel ellátott számlálómű is

300/21 kiegészíti. Másrészt előnyös lehet, hogy csökkenjen a letapogató rendszerrel vagy az elektronikus feldolgozással kapcsolatos időbeli követelmény. Letapogatás céljából egy speciális elrendezés kerül alkalmazásra forgó elem forgásának érzékelése céljából. Egy ilyen elrendezésnek egy lehetőleg kicsi, egyszerű és jutányos árú jeladó alkatrészre van szüksége, pl. egy körkörösen kerek adótárcsa kiviteli alakjában, amelyen bizonyos szögtartományokat (leggyakrabban 180°) egy letapogatandó fizikai paraméter (pl. fekete-fehér, északi pólus - déli pólus, vezető - nem vezető és hasonló) különböztet meg egymástól. Továbbá szükség van egy alkatrészre ezeknek a fizikai tulajdonságoknak az érzékelésére. Maga az elrendezés azonban olyan kell, hogy legyen, amelyet nem befolyásolnak hátrányosan elektromos és mágneses egyen- és váltakozó áramú mezők, sem állandó és változó fény, hőmérséklet és más küjéö paraméter, sem a nedvesség és a szennyeződés, mivel egy térfogatáram mérő esetén különben fennáll a veszély, hogy a fogyasztók szándékosan vagy szándékolatlanul ilyen paraméterekkel befolyásolják a letapogató rendszert és manipulálják vagy megakadályozzák az elektronikus fordulatszámláló fogyasztási összegezését. Mivel a forgó alkatrész fordulatszáma térfogatáram mérő készülék esetén nagyon gyorsan változhat az évekig tartó nyugalmi helyzet és a legnagyobb fordulatszám között, a teljes fordulatszám tartományt és változási sebességet biztonságosan kell, hogy lefedje a működési tartomány.

Továbbá az érzékelő elrendezés elektromos fogyasztása lehetőleg alacsony kell, hogy legyen, és lehetővé kell tegye a telepes üzemmódot legalább egy hitelesítési perióduson (jelenleg 2-12 év) át. Ezért törekedni kell arra, hogy az érzékelő elrendezés legnagyobb áramfelvétele 1 μΑ környékén legyen. Továbbá az érzékelő elrendezés beépítési magassága lehetőleg kicsi legyen annak érdekében, hogy egy ilyen számláló beépítése lehetséges legyen a kiegészítő jellegű letapogatás ellenére a gyakran szűkös hellyel rendelkező mérőaknákba. Végezetül az érzékelő elrendezés lehetőleg működjön egy zárt műanyag ház falán keresztül hatóan is. Ez lehetővé teszi hagyományos mechanikus számlálómüvek letapogatását egy kívülről később is felhelyezhető és kicserélhető érzékelő rendszer segítségével.

A technika-' állását lényegében mágneses érzékelő eljárások határozzák meg. Hátrányuk a befolyásolhatóság külső mágnesekkel, a jeladó mágnesek költsége és súlya, valamint a hőmérséklet függőség, végül pedig a teret letapogató elemek (Reed-kapcsoló vagy félvezető érzékelő) költségei és elektromos energia fogyasztása. Az alternatív szabványos módszer a mágneses változó terek használata. Ennek során leggyakrabban egy vezető tulajdonságú jeladó tárcsa-fél egy elektromos rezgőkör jóságát és / vagy frekvenciáját befolyásolja. Hátrányosak azonban a mágneses tekercsek költségei és mindenekelőtt beépítési magassága, amely tekercsek egyúttal rezgőköri alkotóelem és érzékelő funkciót is betöltenek. Továbbá hátrányos a kiértékelő elektronika költsége és áramfelvétele, valamint a befolyásolhatóság külső statikus mágneses mezők segítségével a tekercsek ferrit anyagának mágneses telítődése révén, valamint rezgőköri alkatrészek hőmérsékleti befolyása és gyártási tűrése. Továbbá az eljárás a jeladó tárcsától szűk határok közé szorított felületi ellenállás tartományt követel meg és ennek megfelelően erre a célra csak meghatározott gyártási eljárásokat enged meg. Ezen túlmenően a mérési effektus nagyon erősen csökken a jeladó tárcsa távolságának növekedése esetén.

A találmány alapjául szolgáló feladat egy forgó elem forgásának érzékelésére olyan elrendezés létrehozása, amely lehetővé teszi a forgás biztonságos érzékelését, ugyanakkor egyszerű felépítésű.

Ennek a feladatnak a megoldására olyan, forgó elem forgásának érzékelésére szolgáló elrendezést javasolunk, amely magában foglal: a forgó elem lényegében sík felületén elhelyezett elektromosan vezető részfelületet, amellyel szemben rögzített helyzetű érzékelő elemen legalább kettő, sík felületű elektróda helyezkedik el meghatározott távolságban, amely elektródák közül legalább egy gerjesztő elektróda, és legalább egy jelet vevő elektróda rendeltetésű, amelyek a forgó elem forgása közben az elektromosan vezető részfelületen keresztül kapacitív módon csatolhatok, és olyan detektáló eszközöket, amelyek által a gerjesztő elektródára feszültség impulzusok juttathatók, és a vevő elektródán vett jelek tapogathatok le, és amelyek úgy vannak kialakítva, hogy segítségükkel a vett jelek alapján a forgó elemnek az érzékelő elemhez viszonyított helyzete meghatározható.

A találmány szerinti elrendezésben kihasználjuk a forgó elem forgása közben létrejövő kapacitív csatolást a rögzített helyzetű gerjesztő - és a vevő elektróda között az elektromosan vezető részfelületen keresztül. Ha a részfelület és az elektródák a forgásból eredően legalább részben szemközti helyzetben vannak egymással és a gerjesztő elektródára előnyösen négyszögimpulzust adunk, amelynek pozitív vagy negatív homloka vezérel, akkor egyetlen négyszögjel elég ahhoz, hogy a vevő elektróda kapacitív csatolása miatt azon egy megfelelő jelet tapogathassunk le. Ez a jel csak akkor tapogatható le, ha adott a kapacitív csatolás, ami csak akkor van így, ha a forgó elem az elektródákat legalább részben fedő helyzetű. Mivel itt kapacitív mérési eljárásról van szó, az nem befolyásolható tetszőleges külső mágneses mezőkkel és fénnyel. Továbbá, mivel a szükséges elektródák illetve a részfelület kiviteli alakja nagyon vékony fémréteg lehet, az elrendezés magassága rendkívül kicsi. Ugyanez érvényes az ezzel együtt járó költségekre. A szükséges gerjesztő impulzusok keltése rendszerint lehetséges 3 V-os négyszögjelek formájában, valamint lehetséges a mV-os tartományban levő vett jelek detektálása egyszerű kapcsolástechnikával. A találmány szerinti elrendezés ebből következően egyszerű felépítésű letapogató rendszer, amely mindenütt alkalmazható, ahol egy forgó elem forgását kell detektálni, például egy térfogatáram mérő esetében.

Amint leírtuk, például térfogatáram mérő esetén szükséges a forgásirány felismerésének lehetővé tétele is, hogy megállapítható legyen, hogy adott-e egy összegzendő átfolyás a térfogatáram mérőn keresztül vagy pedig egy csekély visszafolyó mennyiséget kell figyelembe venni, amely a térfogatáram mérő forgó elemét, például szárnyas kerekét ellenkező irányú forgásba hozza. Ebből a célból a találmány első kiviteli alakja szerint előirányozható legalább két gerjesztő elektróda és legalább egy vevő elektróda úgy, hogy a gerjesztő elektródák egymáshoz képest időben eltolt feszültség impulzusokkal vezéreltek. A vett jelek sorrendjéből a mindenkori gerjesztő feszültség impulzus homlokokhoz képest meghatározható a forgásirány.

Egy ide vonatkozó változat szerint lehetséges, hogy a forgásirány érzékelésének lehetővé tétele céljából elrendezésre kerül legalább kettő, egymáshoz képest eltolt helyzetű vevő elektróda és legalább egy gerjesztő elektróda, és ebben az esetben is meghatározható a forgásirány a mindenkori vevő elektródán letapogatott jelek időbeli sorrendjéből.

Végül a találmány értelmében egy harmadik kiviteli változat szerint olyan elrendezést alakítottunk ki, amely a forgásirány detektálásának lehetővé tételére legalább kettő, egymáshoz képest kb. 90°-ban eltolt helyzetű elektróda párt tartalmaz, amely egy gerjesztő elektródából és egy vevő elektródából áll, és a forgásirány érzékelés a fentiekben kifejtett elven alapszik.

Annak érdekében, hogy a forgó elem körbefordulási frekvenciájától függetlenül biztonságosan detektálhassuk annak egy teljes körbefordulá'sát, előnyösnek bizonyult, ha a gerjesztő elektródát a detektáló eszközön keresztül tápláló feszültség impulzusok frekvenciája forgásirány érzékelése nélküli esetben legalább a kétszerese, előnyösen a négyszerese a forgó elem legnagyobb körbefordulási frekvenciájának. Forgásirányt is detektáló kivitel esetén az impulzus frekvencia legyen a maximális körbefordulási frekvencia legalább négyszerese, előnyösen hat- nyolcszorosa.

A részfelület és az elektródák legyenek célszerűen körszegmens alakúak, mivel forgó elemről van szó. Három elektróda

- ···· «V * használatakor a találmány értelmében a két külső elektróda 30° 120°-os körszegmens legyen, és a közöttük elrendezett elektróda legyen 30°-80°-os körszegmens. Ez a geometria egyrészt figyelembe veszi, hogy a két vett jel, — amelyek a fent leírt, 5 forgásirány érzékelését lehetővé tevő kiviteli alakok esetén egy megfelelő szögtartománnyal, lehetőleg 90°-al vannak egymáshoz képest eltoltan elrendezve —, lehetővé teszi az optimális kvadratúra felismerést. Másrészt viszont azok a szögtartományok, amelyeket elfoglalnak a szegmens-szerű elektródák, nem lehetnek 10 túl kicsik, mivel különben a csatoló kapacitások túl kicsik lesznek és ezzel túl kicsi érzékenység jár együtt. Ha az elektródák méretezése a leírtaknak megfelelő, akkor kielégítő érzékenység mellett megvalósítható a jelek kielégítő mértékű fázistolása.

Különösen előnyösnek bizonyult, ha a központi elektróda kb. 50°15 os körszegmens és a két külső elektróda kb. 50°-os körszegmens.

Ezek a geometriai feltételek minden esetben érvényesek, tehát függetlenül attól, hogy a középső elektróda a gerjesztő elektróda és a két külső elektróda vevő elektróda, vagy a középső elektróda a vevő elektróda és a két külső elektróda gerjesztő elektróda. Az elektródák között legyen még egy kis, pl. 5°-10°-os elválasztó (szigetelő) szögtartomány, hogy a gerjesztő elektróda közvetlenül ne gerjeszthesse a vevő elektródát.

Egy további kiviteli változat szerint egy központi vevő elektróda van az elrendezésben, és akörül négy, egyenként 90°-al eltolt, szimmetrikusan elhelyezkedő gerjesztő elektróda van elrendezve, amelyeket időben eltolt feszültség impulzusokkal táplálunk. A vevő elektróda legyen előnyösen kör alakú, de más geometriai alakzatok is elképzelhetők. Fontos a négy gerjesztő elektróda szimmetrikus elrendezése a vevő elektródához képest. Maguk a gerjesztő elektródák lehetnek egy-egy 45°-90°-os szög közötti kiterjedésű körszegmens kialakításúak, és itt is elképzelhetők különböző geometriai alakok, amíg adott a szimmetria teljesülő feltétele, másrészt kielégítő mértékű az elektródafelület. Az elektródák előnyösen pontosan 90°-onként helyezkedjenek el a központi vevő elektróda körül. A vevő elektróda méretezése legyen olyan, hogy átmérője legyen 0,4 - 0,8-szorosa a félkör alakú részfelület átmérőjének,' hogy lehetséges legyen a kielégítő mértékű csatolás. A részfelület maga legyen olyan méretezésű, hogy általa két szomszédos gerjesztő elektróda teljesen lefedhető legyen. Célszerű továbbá, ha az előnyösen félkör alakú részfelülethez az egyenes vonalú felületi élhez csatlakozóan további részfelület van elrendezve, amely a központi vevő elektródát legalább részben lefedi. Ennek a részfelületnek a mérete, amelynek alakja célszerűen illeszkedik a vevő elektróda alakjához, legyen olyan, hogy átmérője feleljen meg a vevő elektródáénak. Ha például a vevő elektróda kör alakú, a további részfelület félkör alakú. Mivel a vevő elektróda egyik felét lefedi az első, nagy részfelület, a másikat a második részfelület, következésképpen megvalósul a vevő elektróda teljes lefedése.

A forgó elemen levő elektromosan vezető részfelület általi csatolás nélkül is elkerülhetetlen egy bizonyos zavaró, közvetlen kapacitív (alap)csatolás a gerjesztő és a vevő elektróda között. Ez csak kevéssé változtatja meg a vett jelet ezen alapértékhez képest kicsire méretezett részfelület és viszonylag nagy, a részfelület és az elektródák közötti távolság esetén. A tulajdonképpeni vett jel érzékeléséhez megfelelően ráfordítás igényes jel erősítésre és jelfeldolgozásra lenne szükség. Ezt leküzdendő a találmány értelmében előirányozható, hogy a vevő elektródához vagy minden vevő elektródához egy kompenzációs elektróda legyen hozzárendelve, amely vevő elektróda szomszédjaként van elrendezve és a detektáló eszközök által azokhoz a feszültségimpulzusokhoz képest invertált impulzusokkal táplálhatjuk a kompenzációs elektródá(ka)t, mint amelyekkel a gerjesztő elektródát vagy gerjesztő elektródákat tápláljuk.

A logikailag invertált jellel történő megtáplálás, illetve az invertált impulzus homlokok következtében kvázi egy kompenzációs kapacitás illetve egy kompenzáló jel jön létre, amely messzemenően kiegyenlíti a közvetlen csatolási kapacitást a gerjesztő elektróda és a vevő elektróda között. Ezáltal különleges

·.? 'λ*· ·.*? .:.

előnyként csökken a vett jelet befolyásoló, negatív (előnytelen) hatású csatoló kapacitás alapértéke, úgy hogy a tulajdonképpeni vett jel tisztábban és egyszerűbben detektálható. Ennek során a kompenzációs elektróda és a vevő elektróda alkotta kapacitás legyen lényegében azonos vagy nagyobb mint a vevő elektróda és egy szomszédos gerjesztő elektróda alkotta kapacitás. Azonos kapacitás esetén mindig (anélkül, hogy szemben lenne a vezető részfelület) „nulla” értékű nettó vett jel adódik, mivel a kapacitás által meghatározott jelek egymást kiegyenlítik (kompenzálják). Ennélfogva a vett jel detektálása nem kritikus, mivel a nettó vételi jel csak a forgó elemen levő vezető részfelület által jön létre. Azonban a kompenzáló kapacitás valamivel nagyobbra is választható mint a tulajdonképpeni csatoló kapacitás, úgy hogy ezáltal kialakul egy negatív elöfeszültség azért, hogy ezáltal nullánál nagyobb, tetszőleges feszültségre nem meghatározott erősítésű detektáló eszköz esetén is létezzen egy bizonyos legkisebb kapcsolási küszöb.

Ha a találmány szerinti elrendezés megvalósítása olyan, hogy egy központi vevő elektróda és akörül szimmetrikusan négy gerjesztő elektróda van elrendezve, különösen célszerű ha a négy szimmetrikusan elrendezett gerjesztő elektróda mindegyikének a vele szemközti, a gerjesztő feszültség impulzussal táplálandó gerjesztő elektróda képezi a kompenzációs elektródját, mely utóbbi egyidejűleg táplálható az invertált feszültségimpulzussal. Itt tehát két-két szemközti gerjesztő elektróda alkot egy elektróda párt, amelyben az egyik „igazi” gerjesztő elektródaként működik, a másik kompenzáló elektródaként szolgál, amelyet invertált feszültség impulzussal táplálunk, tehát fordított polaritású feszültség impulzus homlokokkal vezérelünk. A szemközti gerjesztő elektródák fordított polaritású csatolásai az őket lefedő helyzetű részfelület jelenléte nélkül ezen két elektróda és a vevő elektróda közötti alapcsatolástól függetlenül szimmetriái okok miatt kioltják egymást. Egy planáris részfelület, amely pl. a leírt félkör alakú részfelület, adott esetben a kiegészítő további részfelülettel együtt megzavarja ezt a szimmetriát és vagy inkább a pozitív homlok felől vagy inkább a negatív homlok felöl csatol a vevő elektródára. Ha most a kapacitív alapcsatolás megváltozik a gerjesztő elektródák és a központi vevő elektróda között, pl. egy homogén dielektromos réteg révén (pl. egy vízóra házának fala következtében), ez a változás önműködően kiegyenlítődik az elrendezés szimmetriája következtében. Ezen a módon különleges előnyökkel bíró érzékelő eszközt valósítottunk meg, amely különböző típusú számláló szerkezetekre vagy számláló egyebekre, különböző falvastagságú és egyéb jellemzőiben eltérő eszközökre feltehető anélkül, hogy az ezáltal adódó különbségek, amelyeket a forgó elem és az elrendezés között elhelyezkedő dielektromos réteg megváltozása hoz létre, hátrányos kihatásúak lennének. Továbbá előnyös a ·*· modulációs amplitúdó megkétszerezése, mivel a szimmetrikus kialakítás következtében a forgó (jeladó) elem helyzete szerint nemcsak a „csatolt / nem csatolt” állapotok eredményezik a modulációs löketet, hanem a löket sokkal inkább a pozitív csatolás (a forgó elem vezető részfelülete teljes egészében egy pozitív impulzushomlok vezérelte gerjesztő elektróda fölötti helyzetben van) és a negatív csatolás (a forgó elem vezető részfelülete teljes egészében egy negatív impulzushomlok vezérelte gerjesztő elektróda [kompenzációs elektróda] fölötti helyzetben van) között váltakozik. Ezáltal különösen előnyös módon az ideális detektálási küszöb nulla közelében van és nem a csatolás egy meghatározott értéke közelében, mint ahogy ez [utóbbi] a helyzet az olyan kiviteli alak esetén, amelynél a modulációs löket szokásosan egyrészt a nettó átcsatolás nélküli állapotra (a forgó elem nem fed le egy gerjesztő é,s egy vevő elektródát is), másrészt nettó átcsatolásos állapotra (a forgó elem mindkét elektródát lefedi) korlátozódik. Ezáltal a hasznos csatolás váltakozásakor is, amelyet pl. az elektródáknak a részfelülethez viszonyított távolsága okoz, mindig az ideális, az éppen kompenzált csatolás nulla küszöbértéke adódik. Ezáltal a csatolási állapotok előnyösen pontosan szimmetrikusan változnak meg egy 180°-os fordulat után, pontosan 90°-os szögeltolódással.

A találmány szerint továbbá előnyös kiviteli alak, ha a detektáló eszközöket tekintve a részfelület minimális körbefordulási ideje alatt egy gerjesztő elektródát és a vele szemközti, annak kompenzáló elektródjaként szolgáló gerjesztő elektródát feszültség impulzusokkal táplálunk, és ha a detektáló eszközök kialakítása olyan, hogy egy körbefordulási a vevő elektródáról levehető jelek érzékelt polaritása alapján detektál. Az elektródának és a leírt invertált jelekkel történő vezérlésnek a találmány szerinti kialakítása és elrendezése alapján ugyanis előnyösen elegendő egy csekély mértékben a legkisebb letapogatási frekvencia fölötti letapogatási frekvencia, forgásirány érzékelése nélküli működési módban. Itt tehát a részfelület minimális körbefordulási idejének felénél rövidebb időközönként rendszeresen megtörténik egy mérés, amely összehasonlításra kerül az előzővel. Összesen tehát legalább kimérés történik egy körbefordulási idő alatt.

Abban az esetben, ha a működési mód a forgásirány érzékelését is magában foglalja, a találmány szerint a detektáló eszközöket tekintve feszültség impulzusokkal táplálható egy első gerjesztő elektróda valamint a hozzárendelt kompenzációs elektróda, ezt követően pedig egy második, szomszédos gerjesztő elektróda valamint a hozzá tartozó kompenzációs elektróda, és ez a részfelület legkisebb körbefordulási ideje alatt legalább négyszer történhet meg. A detektáló eszközök kialakítása ebben az esetben olyan, hogy detektálják a forgást valamint a forgásirányt a vevő elektródáról levehető jelek polaritása alapján. Tehát a legkisebb körbefordulási idő negyedénél rövidebb, rendszeres időközönként két gerjesztő elektródát és az azokhoz tartozó kompenzáló elektródát táplálunk feszültség impulzusokkal és a vett jeleket kiértékeljük. A forgásirány érzékelése előnyösen a kvadratúra irányérzékelés alapján történik. A jel felismerését és a modulációs löketet egyébként még azáltal javítjuk, hogy a találmány szerinti szimmetrikus elektróda elrendezés esetén nagyobb elektróda felületek adottak, ami nagyobb csatoló kapacitásokat és ezzel együtt nagyobb hasznos jelet eredményez.

A találmányi gondolat egy különösen előnyös továbbfejlesztése értelmében a detektáló eszközök kialakítása olyan, hogy a részfelület /minimális körbefordulási ideje alatt egymás után (szekvenciálisán) mind a négy gerjesztő elektródát és az azokkal esetenként szemközti, kompenzációs elektródaként szolgáló gerjesztő elektródát feszültség impulzusokkal tápláljuk, ugyanakkor a detektáló eszközök kialakítása olyan, hogy a vevő elektródán letapogatható jelek polaritásának érzékelésére alkalmas, és a detektáló eszközök jelet generálnak, ha mind a négy polaritás azonos. A találmány ezen kiviteli alakja szerint nemcsak elektródát tapogatunk le pozitív homlokú impulzusokkal és velük szemközti kompenzációs elektródaként szolgáló gerjesztő elektródát tapogatunk le negatív polaritású impulzus homlokokkal, hanem itt sokkal inkább nagyon gyorsan egymás után mind a négy gerjesztő elektródát letapogatjuk pozitív impulzusokkal és a velük szemközti gerjesztő elektródákat negatív impulzusokkal tapogatjuk le. Ez különleges előnnyel oda vezet, hogy a részfelület megfelelő közelsége esetén rendszerint mindig két pozitív vett impulzust tapogatunk le a két 90°-os gerjesztő elektródán, amelyeket éppen fed a részfelület, és két negatív vett impulzust tapogatunk le azon a két gerjesztő elektródán, amelyeket a részfelület éppen nem fed. Ebben az esetben soha nem fordulhat elő, hogy mind a négy letapogatott vételi jelnek ugyanolyan legyen a polaritása. Ezáltal különös előnnyel megvalósításra kerül egy biztonsági mechanizmus, amely védelmet nyújt az érzékelt eredmény manipulálására irányuló kísérletek ellen. Ha ugyanis polaritásukat tekintve né^y azonos vett jelet érzékelünk, ez egyértelmű jele annak, hogy nincs forgó elem méréstechnikai szempontból kielégítő közelségben az elektródákhoz, vagy pedig ez a helyzet akkor, ha kísérlet történik arra, hogy az elektródákat egy vezető fóliával vagy hasonlóval letakarják. Ez a letapogatási mód alkalomszerűen végrehajtásra kerülhet biztonsági okokból. A manipuláció felismerésének javítása céljából előnyösen legyen egy kis offszetje a vételi küszöbnek és ez ne legyen pontosan nulla feszültségnél annak érdekében, hogy átcsatolás nélkül is mindig egyértelmű polaritású jel adódjon. Ezáltal tetszőlegesen hosszú ideig álló forgó elem esetén is mindig kielégítően felismerhető a szimmetriát megszakító forgó elem illetve annak részfelületének jelenléte az utóbbi 180°-os szimmetriájával, a működéshez kielégítő mértékű távolságban. Ez a találmány szerinti kiviteli alak tehát létrehoz egy „elektronikus plombát”, amely útját állja a manipulációknak.

A leírtak szerint előnyös, ha erősítő vagy analóg komparátor fogadja a vett jelet. Erre a célra például használhatunk egy impulzuserősítőt. Azonban különösen előnyösnek bizonyult, ha az erősítő egy visszacsatolt CMOS-inverter, amelynek kimenete pl. 10 MOhm ellenállással van visszacsatolva a bemenetre. Ezáltal önműködően beáll egy optimális munkapont mint lineáris erősítőé körülbelül a tápfeszültség felénél. Szükség esetén a találmány szerint több ilyen CMOS-inverter rendezhető el kaszkád kapcsolásban. A vett jel feszültségerősítőjéhez alternatív vagy kiegészítő módon megnövelhető a gerjesztő impulzusok feszültsége is. Ez a találmány szerint a legegyszerűbben úgy történik, hogy a találmány szerint a feszültségimpulzusok keltéséhez eszközök szolgálnak, amelyek tartalmaznak egy ütemvezérelten áram alá helyezhető induktivitást, amellyel a feszültség kikapcsolásakor indukciós feszültség kelthető, amely feszültség impulzusként szolgál. Ez a kikapcsolási indukciós áramlökés esetleg akkorára alakítható, hogy a vett jel további erősítés nélkül a detektáló eszköz jelfeldolgozó logikai áramkörének egy logikai bemenetét vezérelhesse. Egyidejűleg ez által jelentősen megnövekszik a zavartávolság elektromos idegen impulzusokkal szemben. Ennek keretében, ha több gerjesztő elektróda létezik, mindegyikhez tartozhat egy saját induktivitás.

A leírtak szerint az elektródák egyszerű módon előállíthatok vezető anyag vékony felületeiből. Ezek célszerűen egy hátoldali fémezéssel rendelkező nyomtatott áramköri lemezen legyenek kialakítva, mely jelentheti előnyösen a detektáló eszköz kiértékelő elektronikájának egyik nyomtatott áramkörű kapcsolást tartalmazó lemezét. Ezeknek nagyon kicsi a gyártási tűrése és elhanyagolható a hőmérséklet függése. A kétoldalas nyomtatott áramköri lemez előnyösen meglevő hátoldali fémezése következtében ezen kívül előnyösen lehetséges statikus és dinamikus elektromos mezők könnyű és Jn'atásos árnyékolása. Maga az elrendezés a találmány értelmében része lehet egy térfogatáram mérő készüléknek.

Az elrendezés mellett a találmány egy térfogatáram mérő készülékre vonatkozik, egy rajta átáramló közeg térfogatának mérésére, különösképpen vízórára, a közeg által forgásba hozható forgó résszel, különösképpen szárnyas kerékkel. Ez a térfogatáram mérő készülék a találmány szerint a fent leírt fajtájú elrendezéssel tűnik ki, miközben a forgó elem a forgó résszel, különösképpen a szárnyas kerékkel van mozgási kényszerkapcsolatban.

A térfogatmérő készülék a találmány értelmében rendelkezhet mechanikus számlálóművel, amely egy számláló hajtóművön keresztül a forgó résszel, különösen a szárnyas kerékkel van mozgási kényszerkapcsolatban, miközben a forgó elem a maga részéről a számlálóművel vagy a számláló hajtóművel van mozgási kényszerkapcsolatban, előnyösen egy saját fordulatszám csökkentő hajtóművön át. Különösen előnyösnek bizonyult, ha a forgó elem a hengeres számlálóműként kialakított számláló egyik hengere, miközben az elektromosan vezető részfelület a henger egyik oldalfelületén van kialakítva.

Egy alternatív találmányi kiviteli alak ezzel szemben olyan, hogy a forgó elem a számláló szerkezet egyik mutatója, amelynek felületén van az elektromosan vezető részfelület kialakítva, és amely fölött egy számláló szerkezetet takaró fedél van, továbbá az érzékelő elem és a detektáló eszköz a számláló szerkezet fedelének nem a részfelület felé néző oldalán vannak elrendezve. Az érzékelő elem és a detektáló eszközök egy oldhatóan felhelyezhető egységben lehetnek integrálva. Ezen kiviteli alak szerint tehát az elektromosan vezető részfelület mintegy a térfogatmérő készüléken belül van, az érzékelő (szenzor) elem és a detektáló eszközök ezzel szemben a térfogatáram mérő készüléken kívül vannak, ezek rendszerint a számláló szerkezet átlátszó műanyag fedél alakjában kivitelezett fedő burkolatára vannak felhelyezve. A letapogatás a számláló szerkezet fedő burkolatán keresztül történik. Mutatóként kínálkozik pl. egy vízóraként kialakított térfogatáram mérő készülék literszámot jelző mutatója. Ez a kiviteli alak azt a figyelemre méltó előnyt nyújtja, hogy általánosan egy pl. vízóra alakjában kivitelezett, literszám-mutatóval rendelkező térfogatáram mérő készüléket, amelynek mutatóján az elektromosan vezető részfelület már el van helyezve, egyszerre lehet megvalósítani, méréstechnikailag engedélyezni, hitelesíteni és beszerelni. Ha azután egy későbbi időpontban egy kiegészítő elektronikus funkciót, például számláló állások rádióhullámokkal történő átvitelét vagy hasonlót kell megvalósítani, úgy ez a művelet elvégezhető a már üzemkészen beszerelt térfogatáram mérő készülékre egyszerűen passzívan felhelyezhető egységgel, amely tartalmazza az érzékelő elemet és a detektáló eszközt; mindez nem befolyásolja-'a méréstechnikai tulajdonságokat, és a térfogatáram mérő készülék üzemviteli technikai engedélyezését sem teszi kérdésessé. A számlálómű burkolatán keresztüli kvázi közvetett letapogatásnak továbbá az az előnye, hogy a burkolat mint dielektromos réteg vesz részt a csatolókapacitásokban, az érzékelő elem két elektródája és az elektromosan vezető részfelület alkotta kapacitásban, miáltal a kapacitás még valamivel megnő és az érzékelő elrendezés még jobban működik.

Emellett a találmány továbbá egy térfogatmérö készülékrendszerre vonatkozik, amelynek alkotóelemei egy térfogatáram mérő készülék a rajta átáramló közeg térfogatának mérésére - előnyösen vízóra a közeg által forgásba hozható forgó rész, előnyösen szárnyas kerék, valamint egy mechanikus számlálómű legalább egy mutató alakú forgó elemmel, amely mozgási kényszerkapcsolatban van a forgó résszel és amelynek felső lapján elektromosan vezető részfelület van kialakítva, és amelyet a környezet felé egy számlálóburkolat határol, valamint egy a térfogatmérő készüléken kívülről oldhatóan, adott esetben utólagos bővítésként felhelyezhetően elrendezett egység egy érzékelő elemmel és egy detektáló eszközzel; a forgó elem mutató alakú, az érzékelő elem és a detektáló eszköz az erre vonatkozó igénypontok egyike szerinti elrendezést alkotnak. Ez a rendszer lehetővé teszi különösen a'már leírt utólagos bővítést, mivel maga a térfogatmérő készülék már eleve el van látva a megfelelő vezető részfelülettel, amely, mivel egyszerű felületi elektródáról van szó, rendkívül egyszerűen felhelyezhető; a letapogatáshoz szükséges részek külön egységben lehetnek integrálva, amely önállóan alkot rendszerelemet, és tetszőleges időpontban felhelyezhető a térfogatáram mérő készülékre. Arra az esetre, ha az egység oldható kivitelű és utólagosan lett felhelyezve, megfelelően plombálni kell, vagy alternatív biztosítási eszközöket kell alkalmazni.

A találmány további előnyeit, jellemzőit és részleteit az ezt követő kiviteli példa valamint a rajz szemlélteti. A rajz ábrái:

1. ábra	Forgó elem elvi vázlata a rá felvitt elektromosan vezető részfelülettel,
2. ábra	Érzékelő elem elvi vázlata különböző elektródákkal egy nyomtatott áramköri lemezen
3. ábra	Vázlat az 1. ábra szerinti forgó elemnek a 2. ábra szerinti elektróda konfigurációval összefüggő elrendezésének ábrázolására
4. ábra	A találmány szerinti elrendezés releváns alkatelemei elektromos kapcsolásának elvi vázlata
5. ábra	A vett jel erősítő kapcsolásának elvi vázlata
6. ábra	Egy találmány szerinti térfogatáram mérő készülék ^(vízóra) metszeti nézete
7. ábra	A 6. ábra szerinti vízóra részmetszetének felülnézete
8. ábra	A találmány szerinti térfogatáram mérő készülék második kiviteli alakjának felülnézete
9. ábra	A 8. ábra szerinti térfogatáram mérő készülék részbeni metszete
10. ábra	Az elektróda konfiguráció további kiviteli alakjának elvi vázlata
11. ábra	Egy vezető részfelület kiviteli alakjának részlete

J.

12. ábra A 11. ábra szerinti elektróda elrendezés elektromos kapcsolásának elvi vázlata, valamint a vevő elektródának az erősítő kimenetén letapogatható jelei a részfelület különböző helyzeteiben, és

13. ábra Az elektromos kapcsolás elvi vázlata, valamint az erősítőn letapogatható jelek (vevő elektróda) mind a négy gerjesztő elektróda nagyon gyors ütemű táplálásakor.

Az 1. ábrán egy tárcsa alakú 1 forgó elem látható, amelynek egyik oldalán elhelyezésre került egy elektromosan vezető anyagú 2 részfelület, pl. fémezés alakjában kivitelezve. A 2 részfelület alakja körszegmens és az ábrázolt kiviteli példán 180° tartományú. Az 1 forgó elem egy elrendezés része, az 1 forgó elem forgásának érzékelésére szolgál, melynek során a 2 részfelületnek a forgás érzékelésében fontos szerepe van. Amint a 2. és a 3. ábrán látható, a 2 részfelület egy 7 érzékelő elem több, 3,4 elektródájával 10 működik együtt, amelyek egy 6 hátoldali fémezéssel rendelkező 5 nyomtatott áramköri lemezen vannak elrendezve. A 3,4 elektródák is körszegmens alakúak, és az ábrázolt példán minden 3,4 elektróda kb. 50°-os körszegmenset foglal. A központi 4 elektróda és a külső 3 elektródák között egy kb. 10°-os rés található. A két 3 15 elektróda az ábrázolt kiviteli példán gerjesztő 3 elektródaként szolgál, a 4 elektróda vevő 4 elektróda; működésüket, rendeltetésüket a 4. ábra kapcsán közelebbről ismertetjük.

A 3. ábra egy elvi vázlat alakjában mutatja az 1 forgó elem elrendezését a 3,4 elektródához képest. Az 1 forgó elem, amely a nyíl által mutatott irányban A forgási tengely körül forog, a 2 részfelülettel a 3 elektródák felé néz. Ha az 1 forgó elem (2 részfelülete) olyan helyzetbe fordul, amelyben a 2 részfelület legalább a 3,4 elektródák egyikével szemközti pozícióban van, ezáltal kialakul egy elfordulási szögtől függő kondenzátor a 2 részfelület és a mindenkori 3,4 elektróda között. Ha most az 1 forgó elem A forgási tengelye körül forog, egy bizonyos időpontban elér egy olyan helyzetet, amelyben egy gerjesztő 3 elektróda és egy vevő 4 elektróda is legalább részben együtt kerül lefedésre. Ebben az esetben a 2 részfelület a két 3,4 elektródát kapacitív módon csatolja egymással, ami oda vezet, hogy a kapacitív csatolt gerjesztő 3 elektródára adott feszültségimpulzus hatására egy megfelelő vett jel tapogatható le a vevő 4 elektródán.

A 4. ábra egy találmány szerinti elrendezés elvi vázlatát mutatja, amelyen az 1 forgó elemet nem ábrázoltuk. Egy 8 detektáló eszközön keresztül, amely tartalmaz 9a feszültségkeltő eszközt, az első gerjesztő 3a elektródára olyan feszültségimpulzust juttatunk, amelynek frekvenciája legalább négyszerese, előnyösen hat nyolcszorosa a forgó elem maximális körbefordulási frekvenciájának. A bemutatott példa szerint(i) négyszögjelekkel táplálunk, lásd az I feszültségimpulzust. A második gerjesztő 3b elektródára ugyanolyan frekvenciájú, a II feszültség impulzus szerinti, megfelelő feszültségimpulzusokat juttatunk a 9a feszültségkeltő eszközön át, de időbeli eltolódással. Ezek is négyszögjelek. Ha az 1 forgó elem elektromosan vezető 2 részfelülete például a gerjesztő 3a elektródát és a vevő 4 elektródát is fedi, a gerjesztő 3a elektróda a vele szemközt levő 2 részfelülettel együtt egy kicsi, pl. 0,1 pF-os kondenzátort alkot. Ezt az értéket az elektródák átmérőjével, ezek központi szögtartományával valamint a 2 részfelülethez képesti távolsággal módosíthatjuk. A vevő 4 elektróda a vele szemközti levő 1 forgó elem 2 részfelületével egy szintén forgási szögtől függő, pl. kb. 0,1 pF értékű kondenzátort alkot. A 2 részfelület ezt a két kondenzátort sorba kapcsolja, amelynek eredője 0,05 pF a gerjesztő 3a elektróda és a vevő 4 elektróda között. Ha a 8 detektáló eszköz 9b kiértékelő egységének, amely elé egy 10 erősítő van kapcsolva, bemeneti kapacitása pl. 5 pF, akkor egy szokásos 3V-os gerjesztő impulzus esetén a kiértékelő elektronikán ill. az erősítőn egy (0,05 pF/5 pF)-3V = 30 mV vett jel fog kialakulni. A kiértékelő kapcsolás pl. 10 MOhm-os bemeneti ellenállása esetén ez a jel ugyan már τ = 10 MOhm-5 pF = 50 ps elteltével ismét eltűnik, de a 9 kiértékelő elektronika a vett jelet röviden, pl. 1-10 ps-ig le tudja tapogatni a gerjesztő feszültség impulzus homlok rákapcsolása után, tárolhatja azt és megállapíthatja, hogy a gerjesztő 3a / 3b elektródát és a vevő 4 elektródát közösen fedte-e a vezető 2 részfelület. Úgy a 3Vos négyszögjelek keltése mint a mV-os tartományban levő vett jelek kimutatása lehetséges hagyományos CMOS-digitális logikai áramkörökkel jutányos áron és áramtakarékos módon.

Mivel a két 3a és 3b elektródát egymáshoz képest időben eltolt, külön négyszögjellel vezéreljük, lehetséges az, hogy a vevő 4 elektródán letapogatott jellemző jelek időbeli sorrendjének meghatározásával megállapítható legyen a forgásirány.

Mivel - függetlenül az 1 forgó elem és ezzel együtt a 2 részfelület helyzetétől ^za 3a, 3b, és a vevő 4 elektróda között is adott egy csatoló kapacitás, ezen kapacitás alapérték messzemenő kompenzációja céljára szolgál egy kompenzációs 11 elektróda, amely a vevő 4 elektróda szomszédjaként van elrendezve és amely ezzel szintén egy kapacitást alkot. Az ezáltal kialakított kapacitás előnyösen ugyanakkorára méretezett mint a mindenkori gerjesztő 3a, 3b elektródák és a vevő 4 elektróda között alkotott kapacitások. Erre a kompenzációs 11 elektródára a gerjesztő 3a, 3b elektródák táplálásával egyidejűleg szintén gerjesztő

impulzusokat adunk, lásd a III feszültségimpulzust, azonban ezek az impulzusok invertáltak a gerjesztő 3a, 3b elektródát tápláló impulzusokhoz képest, amelyet egy 12 NOR-kapu tesz lehetővé. Vagyis, a mindenkori gerjesztő elektróda és a mindenkori kompenzációs elektróda - mindegyik gerjesztő impulzus homlokával - amelyek egymáshoz képest invertáltak - az inherens csatoló kapacitások által okozottan egy „pozitív” és egy „negatív vett jel generálódik a vevő 4 elektródán, úgy hogy az eredő nulla értékű nettó vett jel van jelen. Ezáltal kompenzálásra kerülhet az inherens csatoló kapacitás, úgy hogy elkerülhető a nagyon ráfordítás igényes erősítő- és kiértékelő eszközök alkalmazása; ezekre akkor lenne szükség, ha a geometriai feltételek miatt a 2 részfelület általi csatolással keltett vett jelek az inherens csatolási kapacitás alapértékéhez képest csak nagyon kicsik lennének.

Egy egyszerű felépítésű erősítőkapcsolás látható az 5. ábrán, amelyet a mV-os tartományban levő vett jelek erősítésére célszerű használni. A példa szerint kaszkád kapcsolásban két 13 CMOSinverter kerül elrendezésre, amelyek mindegyikét egy 14 visszacsatoló ellenállás csatolja vissza. Minden erősítő fokozat kb. 30-szorosára erősíti fel a vevő 4 elektródáról érkező vett jelet. Az e fokozatokban ezáltal felerősített jel ezt követően a 9b kiértékelő egységbe jut, ahol megfelelő jelküszöböt kialakító, különböző • «··· · · · • * · ·« ··· ·· ·· ellenállásokból felépülő eszközökön át pl. 150 mV-os küszöböt hozunk létre, amelynek hatására csak az ennél nagyobb jelek jutnak ténylegesen a 9b kiértékelő egységbe, pl. kiértékelő logikai egységbe. Ezáltal elérjük, hogy csak olyan jelek kerüljenek figyelembe vételre, amelyek következtetni engednek a gerjesztő elektróda és a vevő elektróda vezető 2 részfelületének megfelelő, legkisebb fedő helyzetére.

A 6. ábra végül egy térfogatáram mérő készüléket ábrázol, amely itt 16 vízóra. Egy ilyen 16 vízóra felépítése ismert, ezért ezt részletesebben nem kell leírni. A jelenlegi találmány vonatkozásában fontos részek a forgó rész, amely 17 szárnyaskerék kivitelű, amelyet az óra alsó 18 részéből áramló víz forgásba hoz. A forgást egy 19 mágneses tengelykapcsoló (kuplung) viszi át egy 20 forgó rúdra, amely mozgási kapcsolatban van egy mechanikus, hengeres 21 számláló szerkezettel, amelyen, lásd a 7. ábrát, kijelzésre kerül a mért fogyasztás. Amint a 7. ábrán látható, a tizedes értékű 23 henger sík 22 oldalfelületére, amely itt a forgó elemet alkotja, van felhelyezve a 24 részfelület. A hengeres 21 számláló szerkezethez van hozzárendelve a 27 detektáló eszköz az érzékelő (szenzor) elemmel a 29 nyomtatott áramköri lemez segítségével, amelyen a megfelelő 28 elektródák vannak. A feszültségkeltő eszközöket és a kiértékelő eszközöket az áttekinthetőség végett nem ábrázoltuk. Ezen a módon a 23 henger forgása érzékelhető és ezen keresztül megfelelően összegezhető az átáramlott térfogat. Egy megfelelő, itt közelebbről nem ábrázolt kimeneten át, amely lehet elektronikus vagy optikai kimenet, ez az érték elektronikusan vagy optikai úton kívülről egy leolvasókészülék segítségével letapogatható. A 23 henger esetében célszerűen az egy litert kijelző hengerről van szó.

A 8. és 9. ábra egy térfogatmérő készülék második kiviteli alakját ábrázolja 30 vízóra alakjában. Ebben szintén mechanikus számlálószerkezet van, amely magában foglal egyrészt egy hengeres 31 számlálóművet, valamint több 32 mutatót. Amint a 9. ábrán látható, a 32 számlálókat ill. az egész számlálószerkezetet egy bura (sapka) jellegű, rendszerint átlátszó műanyagból levő számláló 33 burkolat fedi. A 32a mutatóhoz egy különálló 34 egység van hozzárendelve, amelybe az érzékelő 35 elem van a megfelelő 36 elektródákkal integrálva, továbbá a megfelelő és szükséges detektáló eszközök, amelyeket itt az áttekinthetőség végett nem ábrázolunk. Ebben az esetben a 32a mutató felső lapján elrendezett vezető 37 részfelület letapogatása a számláló 33 burkolaton át valósul meg, amely dielektromos rétegként működik a csatoló kapacitások között és azok megnövekedését idézi elő. A 34 egység maga lehet bonthatóan fölhelyezett és különösen utólag a . _φ .. ···, ,··. j • · · · · ··· ** ·· térfogatmérö készülékre fölhelyezett, vagyis a térfogatmérő készüléket gyárilag ellátják egy olyan 32a mutatóval, amelynek van elektromosan vezető 2 részfelülete. Ha azután kiegészítő elektronikus funkciókat kell megvalósítani a készüléken, mint pl. a rádióhullámokon át történő jelátvitel vagy hasonló, egyszerűen fölhelyezzük a 34 egységet, amely lehetővé teszi a térfogat érzékelését és amelyben azután még kiegészítő, a kívánt elektronikus funkció miatt szükséges alkatelem, pl. rádió adó is lehet. Nem ábrázoltak továbbá a megfelelő biztonságtechnikai berendezések, amelyek megakadályozzák, hogy a 34 egység illetéktelen leoldása megtörténhessen, pl. plomba vagy hasonló alakjában.

A 10. ábra egy további, találmány szerinti elektróda konfigurációt ábrázol. EZ egy központi vevő 38 elektródából áll, amely az ábrázolt esetben kör alakú. A vevő 38 elektróda körül szimmetrikusan van elrendezve négy gerjesztő 39a, 39b, 39c, 39d elektróda, amelyek mindegyike körszegmens kialakítású és a szegmenshez tartozó szög 90°. A gerjesztő 39a, 39b, 39c, 39d elektródák mindegyikére adható alkalmas vezérlő huzalokon át feszültségimpulzus, és a vevő 38 elektródához kapcsolódó, de nem ábrázolt erősítővel kerülnek letapogatásra a megfelelő csatolási jelek. A kialakítás itt olyan, hogy két-két egymással szemközti elektróda alkot egy elektróda párt, amelyek közül az egyik a gerjesztő elektróda, a vele szemközti a kompenzációs elektróda és egymás jeléhez képest invertált feszültségjellel tápláltak. Az ebben résztvevő elektródák azonos nagyságú felületei miatt és azoknak azonos távolsága miatt a vevő 38 elektródához képest szimmetria okokból az adódik, hogy az esetleges inherens csatoló kapacitások teljesen elkerülhetők, azaz itt kölcsönösen kioltják egymást. Például először a gerjesztő 39a elektróda kap ugyanakkora negatív homlokú invertált feszültségimpulzust. Az eredményként kialakuló vevő elektróda jelet e célból letapogatjuk és a detektáló eszközökkel feldolgozzuk. Ezt követően pozitív homlokú feszültségimpulzust adunk a gerjesztő 39b elektródára és egyidejűleg egy negatív homlokú feszültségimpulzust a szemközti gerjesztő 39d elektródára, és az eredményként kialakuló vevő elektróda jelet letapogatjuk.

Az elektródák láthatóan elég nagy felületűek, úgy hogy relatív olyan csatoló kapacitások adottak, amelyek elég nagy jeleket eredményeznek. Ez azért is előnyös, mert ezáltal problémamentesen kiegyenlítődik a részfelület távolságának megváltozása - amely pl. egy vízórában van elrendezve, és az elektródák távolságának megváltozása, amelyek pl. egy vízóra házára kívülről felhelyezhető külső egységben vannak érzékelés céljából elrendezve, mivel viszonylag nagy távolság esetén is még elegendően nagy jelek vehetők le. Előnyösen adódik az egyidejű ’ · . ···. J ·*»· ·· · · · ·* * · invertált vezérlés alapján egy elég nagy modulációs löket, ugyanis a pozitív és negatív csatolás között, amely során a részfelület teljesen egy pozitív homlokkal vezérelt gerjesztő elektróda fölötti vagy pedig egy negatív homlokkal vezérelt gerjesztő elektróda fölötti helyzetben van. Továbbá a szimmetrikus elrendezés és az egyidejű invertált vezérlés miatt a csatolási állapotok mindig pontosan szimmetrikusan változnak meg egy 180°-os körbefordulás után, pontosan 90°-os szögeltolódással. Tehát egymáshoz képest pontosan 90°-al eltolt jeleket kapunk, ami megfelel egy ideális kvadratúra geometriának. Ebből egyszerű módon lehetséges az iránymeghatározás a kvadratúra módszer alkalmazásával.

A 11. ábra egy 40 forgó elemet ábrázol rajta elhelyezett elektromosan vezető 41 részfelülettel, például felgőzölögtetett fémezésselz A nagy félkör alakú 41 részfelülethez csatlakozóan elrendezett egy másik kisebb 42 részfelület. Ezen további 42 részfelület alakja előnyösen megfelel a központi vevő 38 elektróda alakjának. Ezáltal megvalósul, hogy a vevő 38 elektróda mindig teljes egészében lesz fedve: az egyik fele a további 42 részfelület által, a 38 elektróda másik fele a 41 részfelület által. Nagyságukat tekintve a 41, 42 részfelületek a vevő 38 elektróda nagyságát figyelembe véve, adott esetben a gerjesztő 39a, 39d elektródák méretét is figyelembe véve vannak kialakítva. A részfelületek ill. a

forgó elem előnyösen plenáris (sík) kialakításúak. A 41 részfelület külső R sugara esetén akkor adódik maximális vevő elektróda jel, ha a vevő elektróda r sugara kb. r = 0,6 x R értékű. Az ideális átmérő egyet jelent a maximális vett jellel egyszerű kivitelű részfelület esetén, ha tehát csak a 41 részfelület van megvalósítva, de a 42 részfelület nincs, r = 0,58 R. A 11. ábra szerinti kialakítás esetén a sugár r = 0,64 R. A gerjesztő 39a - 39b elektródák ill. a 41 részfelület átmérőjét úgy kell megválasztani, hogy lehetséges legyen két szomszédos gerjesztő elektróda teljes fedése.

A 12. ábra sematikusan egy a 10. ábra szerinti elektróda konfiguráció kapcsolását mutatja annak vezérlésével együtt, valamint egy példát a vevő elektródán letapogatott, az erősítő bemeneten levő jelekre. Az ábrázolt példa szerint a vevő 43 elektróda és a gerjesztő 44a, 44b, 44c, 44d elektródák kialakítása nem kör alakú ill. körszegmens alakú, hanem többszög alakú. Itt is megmaradt a szimmetrikus elrendezés. A gerjesztő 44a - 44d elektródákat egy 45 detektáló eszközön át feszültség impulzusokkal tápláljuk. Az ábrába illesztett I és II feszültség impulzus képe mutatja, hogy a t-| időpontban először a gerjesztő 44a elektróda és a vele szemközti, kompenzációs elektródaként szolgáló 44c elektróda kap invertált homlokú feszültség impulzusokat. A bemutatott példán a 44a elektróda pozitív homlokú

·./ ·’* J, jelet, a 44c elektróda negatív homlokú jelet kap. A 43 vevő elektródáról levehető jelet 46 erősítő erősíti és adja tovább a 45 detektáló eszköznek. Az I feszültség impulzushoz tartozó vett jel letapogatása után a t£ időpontban II feszültség impulzus pozitív homloka jut a gerjesztő 44b elektródára, negatív homloka a gerjesztő 44d elektródára. Ezzel a gerjesztő impulzusokkal kapcsolatban is letapogatásra kerül egy vevő elektróda jel a 45 detektáló eszközzel a 46 analóg komparátoron keresztül. A 46 analóg komparátor érzékeli a pozitív jeleket és megfelelő logikai jeleket bocsát ki. Rá kell mutatni arra, hogy egy vett jel létrehozásához csak a jel homlokai a fontosak, mivel ezek okoznak feszültség különbséget és ezáltal feszültség löketet, amely oka a jelgenerálásnak. A csatolás miatt adott töltéskülönbség néhány pson belül eltűnik a szivárgó áramok miatt, úgy hogy kevés ps-al a feszültség löket indítása után az adott kapacitív csatolás ellenére sem lehet többé jelet letapogatni.

A 12. ábrán továbbá adottak a 46 analóg komparátor kimenetén letapogatható jelek a részfelület különböző helyzetében. Mivel a 46 analóg komparátor csak pozitív jeleket érzékel, a detektáló eszközön vagy csak pozitív jel van, vagy nincs jel. A fent ábrázolt A esetben a vezető részfelület a 44a, 44b elektródák mindegyikét fedi. Mindkettőt pozitív feszültség impulzus homlokokkal

vezéreljük, úgy hogy mindkét I, II feszültség impulzushoz két pozitív vett jel tartozik. A B esetben a 47 részfelület tovább forog és fedi a 44b, 44c elektródákat. A 44c elektródának a negatív invertált impulzus homlokkal történő vezérlése alapján az I feszültségimpulzushoz nem tartozik jel, a II feszültségimpulzushoz ezzel szemben tartozik egy pozitív jel, mivel a 44b elektródát pozitív impulzus homlokkal vezéreljük. Továbbforduláskor a 47 részfelület fedi a 44c, 44d elektródákat. Azok vezérlése alapján a mindenkori negatív homlokkal nem kapunk jelet az I, II feszültségimpulzushoz tartozóan. A D esetben fedésbe kerülnek a 44d, 44a elektródák, ami a vezérlés miatt pozitív jelet eredményez az I feszültség impulzushoz, a II feszültség impulzushoz az érzékelő eszközön nem tartozik jel. A vett jelek alapján illetve az egyes feszültség impulzusokhoz tartozó jel eloszlás alapján lehetséges, hogy a 45 detektáló eszközök már az A és B esetben érzékelt vett jelekből megállapítható a forgásirány. Az I, II feszültség impulzusokhoz tartozó mindenkori jel meghatározott polaritású, amint leírtuk, amelyek lehetővé teszik a kvadratúra irányfelismerést. A két teljes fedéses esetben kapott jel a szokásos két bites kvadratúra jelet alkotja az irányfelismerés céljára.

A 13. ábra végül a jelfolyamot mutatja, valamint egy példát a vett jelekre különböző részfelület helyzetekben arra az esetre, ha nagyon gyors ütemben a 44a - 44d mindegyikét mint „valódi” gerjesztő elektródát pozitív feszültség impulzussal tápláljuk és egyidejűleg a vele szemköztit negatív feszültség impulzussal. Ezt az üzemmódot pl. meghatározott időközönként hajtjuk végre és ez annak kiderítésére szolgál, hogy valóban létezik-e egy vezető részfelület valamely tetszőleges szemközti helyzetben vagy sem. Ezáltal a manipulációkat kívánjuk elkerülni. A konfiguráció felépítése megfelel a 12. ábrán levőnek. A ti időpontban először a 44a és 44c elektródák kapnak pozitív ill. negatív feszültség impulzus homlokú vezérlést és a hozzátartozó jelet a vevő 43 elektródán tapogatjuk le. A vezérlő impulzus a t3 időpontig tart és akkor nullára esik. A t2 időpontban a gerjesztő 44b elektróda pozitív homlokú vezérlést kap, a gerjesztő 44d elektróda negatív homlokú vezérlést kap, ez a vezérlő impulzus is t4 időpontig tart és akkor nullára esik. A tg időpontban a gerjesztő 44c elektródát pozitív homlokkal, a gerjesztő 44a elektródát negatív homlokkal vezéreljük. Ezeket az impulzus homlokokat a megszűnő, t-j időpont óta jelenlévő impulzus adja. Végül a t4 időpontban a gerjesztő 44d elektródát pozitív és a 44b elektródát negatív homlokkal vezéreljük, itt is a t2 időpont óta jelen levő impulzus hozza létre az impulzus homlokokat. Ez az időben egymás utáni impulzus vezérlés nagyon gyors, az egy olyan időtartamon belül történik, amely jelentősen kisebb, mint a részfelület legkisebb körbefordulási ideje.

A 13. ábra a részfelület különböző helyzeteiben kapott impulzusokat mutatja. Ha pl. a 47 részfelület helyzete az ábrázolt A eset szerinti, akkor a 44a, 44b elektródák csatoltak. Mindkettőt az I és II feszültség impulzusokhoz tartozóan pozitív homlokokkal vezéreljük, úgy hogy két pozitív jelet veszünk le. A III és IV feszültség impulzusokhoz azonban mindkettőt negatív homlokkal vezéreljük, úgy hogy nincs jel a detektáló eszközön. Tehát láthatóan különböző jelet kapunk, ha szemközti helyzetben van egy részfelület. Abban az esetben, ha ezt detektáljuk, egyértelműen felismerhető, hogy nincs szemközti helyzetben vezető részfelület, tehát a felvételi időpontban nincs adó elem és ezzel vízóra sem az elektródák hatókörében. Még abban az esetben is, ha a részfelület helyzete eltér az idealizált helyzettől, és az elektródák csak részben vannak fedő helyzetben, ami normális esetben így van, mindennek ellenére részfelület jelenlétekor mindig eltérő vett jeleket kapunk.

A B esetben a gerjesztő 44b, 44c elektródák idealizált módon teljes fedésben vannak. Mivel a44c elektróda az I feszültség impulzus alatt negatív élű vezérlést kap, az I feszültség impulzushoz nem kapunk jelet, a II feszültség impulzushoz a csatolt 44b elektródát pozitív homlokkal vezéreljük, ami miatt itt is pozitív jelet kapunk. A IV feszültség impulzushoz a 44b elektródát végül negatív homlokkal vezéreljük, úgy hogy itt szintén nem kapunk jelet.

Láthatóan tehát itt is különböző jeleket kapunk. Ugyanez érvényes megfelelően a C és a D esetben.

Végezetül rá kell mutatnunk arra, hogy a leírt vezérlési kiviteli alakok csak példák. Magától értetődően megvan a lehetőség arra, 10 hogy a folyamatokat és (mérő) jeleket a vezérlő- és a detektált jelek fordított polaritásával is megvalósíthassuk.

Claims

• · · · « · · ···· ·· ··· ·· ·*·

Igénypontok

1. Elrendezés forgó elem forgásának érzékelésére azzal

5 jellemezve, hogy egy forgó elem (1) lényegében sík felületén elektromosan vezető részfelület (2) van elhelyezve, amellyel szemben rögzített helyzetű érzékelő elemen (7) legalább kettő, sík felületű elektróda helyezkedik el meghatározott távolságban, amely elektródák közül legalább egy gerjesztő elektróda (3) és

10 legalább egy jelet vevő elektróda (4), amelyek a forgó elem (1) forgása közben az elektromosan vezető részfelület (2) által kapacitív módon csatolhatok, miközben detektáló eszközök (7,45) vannak elrendezve, amelyekkel a gerjesztő elektródára (3,3a,3b,39a,39b,39c,39d) feszültség impulzusok juttathatók és

15 a vevő ^elektródán (4,38) vett jelek tapogathatok le, és a detektáló eszközök (7,45) kialakítása olyan, hogy lehetővé teszi a vett jelek alapján a forgó elem (1,40) helyzetének meghatározását az érzékelő elemhez (7) viszonyítva.
2. Az 1. igénypont szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy benne - a forgásirány érzékelését lehetővé teendő - legalább két gerjesztő elektróda (3a,3b) és legalább egy vevő elektróda (4) van elrendezve úgy, hogy a gerjesztő elektródákra (3a,3b) időbeli eltolódással jutnak a feszültségimpulzusok.
3. Az 1. igénypont szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy benne - a forgásirány érzékelését lehetővé teendő - legalább két, egymáshoz képest eltoltan elrendezett vevő elektróda és legalább egy gerjesztő elektróda van elrendezve.
4. Az 1. igénypont szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy benne - a forgásirány érzékelését lehetővé teendő - legalább kettő, 90°-al egymáshoz képest eltoltan elrendezett, egy gerjesztő' elektródából és egy vevő elektródából álló elektróda pár van elrendezve.
5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy a részfelület (2) és az elektródák (3,4) körszegmens alakúak.

41 .:.
6. Az 5. igénypont szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy három elektróda elrendezése esetén a két külső elektróda (3) 30°-120°-os, előnyösen 50°-os körszegmens és a közöttük elrendezett elektróda (4) 30°-80°-os, előnyösen 50°-os

5 körszegmens.
7. Az 1. igénypont szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy benne egy központi vevő elektróda (38) és négy, a vevő elektróda (38) körül egymástól 90°-os szögben elrendezett

10 gerjesztő elektróda (39a, 39b, 39c, 39d) van szimmetrikusan elrendezve, amelyeket időben eltolt feszültség impulzusok (I, II, III, IV) táplálhatnak.
8. A 7. igénypont szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy a /

15 vevő elektróda (38) kör alakú.
9. A 8. igénypont szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy a vevő elektróda (38) átmérője a félkörszerűen kialakított részfelület (41) átmérőjének 0,4 — 0,8-szorosa.
10. A 7-9. igénypontok bármelyike szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy a gerjesztő elektródák (39a, 39b,39c,39d) 45°-90° közötti körgyűrű szegmensek.
11. A 7-10. igénypontok bármelyike szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy a részfelület (41) egyszerre két szomszédos gerjesztő elektródát (39a,39b,39c,39d) teljesen lefedő méretű.
12. A 7-11. igénypontok bármelyike szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy az előnyösen félkör alakú részfelülethez (41) illeszkedően egy, az egyenes vonalú felület élen túlnyúló további részfelület (42) van elrendezve, amely a központi vevő elektródát (38) legalább részben lefedi.
13. Az 1-1^. igénypontok bármelyike szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy az érzékelő elemen (7) a vevő elektródához (4) vagy minden vevő elektródához (4) egy, annak szomszédjaként elrendezett kompenzációs elektróda (11) tartozik, amely(ek) a detektáló eszközök (7) felőli irányból a gerjesztő elektródára (3a, 3b) adott feszültség impulzusok mellett invertált feszültség impulzusokkal táplálható(k).
14. A 13. igénypont szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy a kompenzációs elektróda (11) és a vevő elektróda (4) alkotta kapacitás lényegében azonos vagy nagyobb kapacitású, mint a vevő elektróda (4) és egyik szomszédos gerjesztő elektróda (3a, 3b) által alkotott kapacitás.
15. A 13. vagy a 14. igénypont szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy a négy, szimmetrikusan elrendezett gerjesztő elektróda (39a,39b,39c,39d) mindegyikéhez mindig a gerjesztő feszültség impulzussal táplálandó gerjesztő elektródával (39a,39b,39c,39d) szemközti gerjesztő elektróda (39c, 39d, 39a, 39b) képezi a kompenzáló elektródát, amely egyidejűleg táplálható az invertált feszültség impulzussal.
16. A 15. igénypont szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy a detektáló eszközök (45) olyanok, hogy a részfelület (41, 42) minimális elfordulási idején belül egy gerjesztő elektróda (39a,39b,39c,39d) és az azzal szemben levő, kompenzáló elektródaként szolgáló gerjesztő elektróda (39c,39d,39a,39b) feszültség impulzusokkal táplálható (I, II) és hogy a detektáló eszközök (45) kialakítása olyan, hogy egy körbefordulás a vevő elektródán (38) letapogatható jel polaritása alapján állapítható meg.
17. A 15. igénypont szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy a detektáló eszközök (45) olyanok, hogy egy első gerjesztő elektróda valamint az ehhez hozzárendelt kompenzációs elektróda gerjeszthető feszültség impulzusokkal és ezt követően 5 egy második szomszédos gerjesztő elektróda valamint az ahhoz hozzárendelt kompenzációs elektróda gerjeszthető feszültség impulzusokkal úgy, hogy a részfelület minimális körbefordulási ideje alatt ez legalább négyszer megtörténhet, és a körbefordulási valamint a forgásirányt a vevő elektródán (38) 10 letapogatható jel polaritása révén detektáló eszközök (45) vannak elrendezve.
18. A 17. igénypont szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy a detektáló eszközök (45) kialakítása olyan, hogy lehetővé teszik

15 a forgásirány megállapítását a kvadratúra-irányérzékelés módszere szerint.
19. A 17. vagy a 18. igénypont szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy a detektáló eszközök (45) kialakítása olyan,

20 hogy a részfelület minimális körbefordulási ideje alatt szekvenciálisán mind a négy gerjesztő elektróda (39a,39b,39c,39d) és az azokkal egyenként szemben levő, kompenzáló elektródaként szolgáló gerjesztő elektróda (39c,39d,39a,39b) feszültség impulzusokkal (I, II, III, IV) táplálható, és a detektáló eszközök (45) kialakítása olyan, hogy a vevő elektródán (38) levő jel polaritása megállapítására alkalmas kialakítású, és hogy a detektáló eszközök (38) jelet generálnak, ha mind a négy jel polaritása megegyező.
20. Az 1-19. igénypontok bármelyike szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy a feszültség impulzusok frekvenciája forgásirány felismerése nélküli esetben a forgó elem (1,40) maximális körbefordulási frekvenciájának legalább a kétszerese, előnyösen a négyszerese, és forgásirány érzékelésekor annak legalább a négyszerese, előnyösen hat- nyolcszorosa.
21. Az 1-20. igénypontok bármelyike szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy tartalmaz egy a vett jelet feldolgozó erősítőt (10,46) vagy analóg komparátort (46).
22. A 21. igénypont szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy az erősítő (10, 46) visszacsatolt CMOS-inverter (13).
23. A 22. igénypont szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy több CMOS-inverter (13) kaszkád kapcsolásban van elrendezve.
24. Az 1-23. igénypontok bármelyike szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy a feszültség impulzusok keltésére olyan eszköz(ök) (9a) szolgál(nak), amely(ek) tartalmaz(nak) egy ütemvezérelten áram alá helyezhető induktivitást, amelynek révén az áram kikapcsolásakor olyan indukciós feszültséglökés generálható, amely feszültség impulzusként szolgál.
25. A 24. igénypont szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy valamennyi, feszültség impulzussal táplálható gerjesztő elektródához saját induktivitás van hozzárendelve.
26. Az 1-25. igénypontok bármelyike szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy a pozitív és a negatív feszültség impulzusokat egy négyszögjel emelkedő illetve eső feszültség impulzus homloka'hozza létre.
27. Az 1-26. igénypontok bármelyike szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy az elektródák (3,3a,3b,4,38, 39a, 39b, 39c, 39d) egy hátoldali fémezéssel (6) ellátott nyomtatott áramköri lemezen (5) vannak kialakítva.
28. Az 1-27. igénypontok bármelyike szerinti elrendezés azzal jellemezve, hogy az alkotórészét képezi egy térfogatmérő készüléknek.
29. Térfogatmérő készülék átáramló közeg térfogatának mérésére, előnyösen átáramló víz térfogatának mérésére szolgáló vízóra, azzal jellemezve, hogy a közeg által forgásba hozható forgó rész, előnyösen szárnyas kerék (17), valamint egy az 1 - 28. igénypontok bármelyike szerinti elrendezés van egymáshoz kapcsolódóan elrendezve oly módon, hogy a forgó elem a forgó résszel, előnyösen a szárnyas kerékkel (17) van mozgási kényszerkapcsolatban.
30. A 29. igénypont szerinti térfogatmérő készülék azzal jellemezbe, hogy tartalmaz egy mechanikus számláló szerkezetet (21), amely egy számláló hajtáson át mozgási kényszerkapcsolatban van a forgó résszel, előnyösen szárnyas kerékkel (17) és a forgó elem a számláló szerkezettel (21) vagy a számláló szerkezet hajtásával van mozgási kényszerkapcsolatban.

• » · · » ·.

48 /·. /’* J,
31. A 30. igénypont szerinti térfogatmérő készülék azzal jellemezve, hogy a forgó elem saját fordulatszám csökkentő hajtóművön keresztül áll mozgási kényszerkapcsolatban a számláló szerkezet hajtásával.
32. A 30. igénypont szerinti térfogatmérő készülék azzal jellemezve, hogy a forgó elem henger (23), amely hengeres számláló szerkezet (21) alkotórészét képezi, és az elektromos vezető részfelület (24) a henger (23) egyik oldalfelületén (22) van kialakítva.
33. A 30. vagy 31. igénypont szerinti térfogatmérő készülék azzal jellemezve, hogy a forgó elem a számláló szerkezet egy mutatója (32a), amelynek felső oldalán van az elektromosan vezető Yészfelület (37) kialakítva, amely fölött számláló szerkezet burkolata (33) van elrendezve, és az érzékelő elem (35) továbbá a detektáló eszköz a számláló szerkezet burkolatának (33) másik oldalán vannak elrendezve.
34. A 33. igénypont szerinti térfogatmérő készülék azzal jellemezve, hogy az érzékelő elem (35) és a detektáló eszköz bonthatóan csatlakoztatható egységben (34) vannak elrendezve.

⁴ · ”® - * ··

49 0 4.
35. Térfogatmérő készülékrendszer, amely tartalmaz egy térfogatmérő készüléket egy azon átáramló közeg térfogatának mérésére, előnyösen víz térfogatának mérésére szolgáló vízóra, amelyben van a közeg által forgásba hozható forgó rész, előnyösen szárnyas kerék, azzal jellemezve, hogy a térfogatmérő készülékhez kapcsolódóan elrendezett egy mechanikus számláló szerkezet legalább egy forgó mutató (32a) alakú elemmel, amely a forgó résszel mozgási kényszerkapcsolatban van és amelynek felső oldalán elektromosan vezető részfelület (37) van elrendezve és amely egy számláló szerkezetet takaró burkolattal (33) van a környezettől elhatárolva, továbbá egy a térfogatmérő készülékre külsőleg oldhatóan csatlakoztatott, adott esetben bővítő egységként elrendezett egység (34), amelynek van érzékelő eleme (35) és detektáló eszköze és mutató (32a) alakú forgó eleme, és az érzékelő elem (35), továbbá a detektáló eszköz az 1 - 28. igénypontok bármelyike szerinti elrendezésű.

KÖZZÉTÉTELI