Измеритель электродвижущей силы холла

 

ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ХОЛЛА по авт. св. № 883817, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона и повышения точности измерени устройства, в него введены масштабны сумматор, первый, второй и третийвходы которого подключены к выходам переключателя , источника питания и делителя частоты соответственно, а выход - Ко входу синхронного детектора , два фазовращателя, вход каждого из которых подключен к одному из электродов в разных парах противоположных электродов датчика Холла, а выходы - к четвертому и пятому входам масштабного сумматора, блок ср внения , один вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, а второй -.к источнику опорного напряжения , ключ, один вход которого подключен к выходу блока сравнения, а другой - к источнику компенсационного напряжения, и сумматор, входы которого подключены к выходам амплитудногоШ дет ектора и ключа ,v а выход - к входу индикаторного прибора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК р 0 ОТ К 33/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ переключателя; источника питания,и делителя частоты соответственно, а выход — ко входу синхронного детектора, два фазовращателя, вход каждого из которых подключен к одному из электродов в разных парах противоположных электродов датчика Холла, а выходы - к четвертому и пятому входам масштабного сумматора, блоК сравне» ния, один вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, а второй - к источнику опорного напряжения, ключ, один вход которого подключен к выходу блока сравнения, а другой — к источнику компенсационного напряжения, и сумматор, входы которого подключены к выходам амплитудного Е детектора и ключа, а выход - к входу индикаторного прибора.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 883817 (21) 3367929/18-21 (22) 28.12.81 (46) 30.06.83. Вюл. М 24 (72) В.С. Кирилюк, С.Г. Мдивани и Г.И. Шувалов (71) Институт электродинамики АН Украинской ССР (53) 621.317.44(088 .8). (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 883818, кл. G 01 R 33/06, 1980. (54)(57) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ

СИЛЫ ХОЛЛА по авт. св. Р 883817, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диа пазона и повышения точности измерения устройства, в него введены масштабный сумматор, первый, второй и третий. входы которого подключены к выходам

„„SU„„02 А

С: ,(.".0

М

ОЪ

1026100

Изобретение относится к технике . измерения истинного значения ЭДС

Холла и предназначенно для использо. -. вания в магнитоизмерительной аппаратуре, в частности для построения из- ° мерителей.параметров постоянных, переменных и импульсных магнитных полей.

По.основному, авт. св. Р 883817 известен измеритель электродвижущей силы Холла содержит датчик Холла с двумя парами противоположных электродов, подключенный к переключателю, последовательно соединенные источник питания, умножитель (делитель часто: ты), синхронный детектор, фильтр ниж-35 них частот и амплитудный детектор, индикаторный прибор, переключатель тока, подключенный к умножителю, источнику питания и через два понижающих трансформатора к датчику Холла, регистратор, подключенный к выходу фильтра. С целью автоматического устранения погрешности от напряжения неэквипотенциальности, переключатель поочередно подключает одну из пар противоположных электродов к входу синхронного детектора, а переключа-. тель тока подключает другую пару элек» тродов к выходу источника Питания.

Коммутация пар электродов производится таким образом, что напряжение неэквипотенциальности на выходе синхронного детектора изменяет свой знак с частотой коммутации пар противоположных электродов, а ЭДС Холла не изменяет своего знака. Это позволяет осущест-.з5 вить частотное разделение напряжения неэквипотецциальности и .ЭДС Холла, для чего используется фильтр нижних частот, подключенный к выходу синхронного детектора. Использование 40 понижающих трансформаторов позволяет значительно уменьшить величину кбммутационных всплесков, имеющих место при работе коммутатора тока $1J .

Однако возможности измерения ин- 45 дукции слабых постоянных и переменных магнитных полей таким устройством ограничены присущими ему недостатками.

При подключении пар Холловских электродов к входу синхронного детектора; 0 одновременно с ЭДС Холла на вход последнего поступают напряжения, изменяющиеся с частотой тока питания.

Это связано с тем, что в любой момент времени одна из пар противоположных электродов датчика Холла подключена через переключатель к входу синхронного детектора и параллельно каждой из пар электродов,включена вторичная обмотка одного из понижающих трансформаторов. При подключении вто- 60 ричной обмотки трансформатора к входу синхронного детектора переключатель тока должен обеспечить отсутствие нап ряжения источника питания на его первичной обМотке.

Однако используемым переключате-" лем тока, выполненным на полупроводниковых элементах, свойственно наличие остаточных параметровг обратного сопротивления, обратного паразитного тока, остаточной паразитной

ЭДС, которые приводят к появлению на первичной обмотке напряжения, изменяющегося с частотой источника питания. Это напряжение поступает во вторичную обмотку благодаря как индуктивной, так и емкостной связи между обмотками, причем напряжение на вторичной обмотке, обусловленное емкостной связью, сдвинуто по Фазе относительно тока источника питания на угол, близкий к 90 . Кроме напряжения с частотой источника питания, остаточные параметры переключателя тока обусловливают присутствие на первичной, а значит и на вторичной обмотке понижающих трансформаторов, прямоугольного напряжения, изменяюще-. гося с частотой переключения коммутатора тока, так называемого "пьедеста-. ла ". Указанные напряжения достигают значения сотен микровольт .и более, что существенно ограничивает динамический диапазон измерения индукции переменных и постоянных магнитных полей в области слабых. (с индукцией около 1 т T и менее) полей. Кроме укаэанных напряжений, при измерении индукции слабых переменных полей появляется аддитивная погрешность, обусловленная в основном шумами коммутатора тока и переключа- . теля, причем эта аддитивная погрешность зависит от величины индукции измеряемого магнитного поля.

Цель изобретения — расширение динамического диапазона и повышение точности измерения устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель, содержащий датчик

Холла с двумя парами противоположных электродов, подключенный к нему переключатель, соединенный с выходом ум ножителя частоты, синхронный детек». тор, вход которого подключен к входу переключателя, и индикаторный прибор, переключатель тока, управляющая цепь которого подключена к умножителю частоты и к входу синхронного детектора, два понижающих трансформатора, первичные обмотки которых связаны с переключателем тока, а вторичные подключены к парам противоположных электродов датчика Холла, последовательно соединенные фильтр нижних час". тот, амплитудный детектор, подключенный к выходу синхронного детектора, и регистратор, подключенный к выходу фильтра, введены масштабный сумматор, первый, второй и третий входы которого подключены к выходам переключателя, источника питания и делителя частоты соответственно, а выход -, к

1026100 входу синхронного детектора, два фазонращателя, вход каждого из которых подключен к одному из электродов в разных парах противоположных электродов датчика Холла, а выходы - к четвертому и пятому входам масштабного сумматора, блок сравнения, один вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, а второй — к ис-. точнику опорного напряжения, ключ, один вход которого подключен к выходу10 блока сравнения, а другой — к источнику компенсационного напряжения, и сумматор, входы которого подключены к выходам амплитудного детектора и ключа, а выход - к входу индикатор- 35 ного прибора.

На фиг. 1 представлена функциональ ная схема устройства1 на фиг. 2— зависимость напряжения от индукции в амплитудном детекторе и сумматоре.

Измеритель (фиг. 1) содержит дат-.. чик 1 Холла с двумя парами противоположных электродов 2, 3 и 4, 5, понижающие трансформаторы 6 и 7, переключатель 8, дна фазовращателя 9 и 10 масштабный сумматор 11, синхронный детектор 12, фильтр 13 нижних частот, регистратор .14, амплитудный детектор 15, блок 16 сравнения, ключ 17, сумматор 18, индикаторный прибор 19, коммутатор 20 тока, источник 21 пита- З0 ния, делитель 22 частота.

Устройство работает следующим образом.

В любой момент времени одна из пар противоположных электродов 2, 35 ., 3 и 4, 5 датчика 1 Холла через соответствующий понижающий трансформатор и коммутатор 20, тока подключена к источнику 21 питания, а другая пара через переключатель 8 и масштабный 40 сумматор 11 - к входу синхронного детектора 12, причем подключение пар электродов производится поочередно и таким образом, что на входе синхронного детектора напряжения незкви-45 потенциальности изменяют свою фазу на 180 после каждого переключения, о а ЭДС Холла не изменяет фазы. Таким образом в устройстве используется свойство взаимности датчика Холла по отношению к напряжению неэквипотенциальности и антивзаимности по отношению к ЭДС Холла, что позволяет получить на выходе синхронного детектора 12 напряжение неэквипотен.циальности в виде переменного напряже 5 ния, изменяющегося с частотой коммутации пар электродов датчика Холла, а ЭДС Холла — в виде постоянного напряжения на выходе синхронного де% тектора при измерении индукции пос- 50 тоянных полей или н вице переменного напряжения на выходе фильтра 13 нижних .частот, закон изменения котороао соответствует закону изменения. измеряемой индукции ер го гнитного поля. Устранение влияния напряжения с частотой тока питания на входе синхронного детектора 12, обуслонленного емкостной связью между обмотками понижающих трансформаторов

6 и 7, происходит следующим образом.

Допустим, что пара электродов,2, 3 датчика 1 .Холла подключена через понижающий трансформатор б и коммутатор 20 тока к источнику 21 питания, а пара электродов 4, 5 через переключатель 8 и масштабный сумматор 11к входу синхронного детектора 12.

При этом на вход синхронного детектора поступает и напряжение с частотой тока питания, обусловленное емкостной связью обмоток понижающего транс-, форматора 7. Для исключения этого напряжения на входе синхронного детектора напряжение со вторичной обмотки понижающего .трансформатора 6 подается на вход фазовращателя 9, сдвигающего фазу указанного напряжения, таким образом, чтобы она отличалась от фазы напряжения, обусловленного межобмоточной емкостью, трансформатора 7 на 180 . Масштаб суммирования этих двух напряжений выбирается из условия равенства их амплитуд, что.позволяет практически полностью устранить напряжение, обуслонленное межобмоточной емкостью трансформатора 7 на входе синхронного детектора 12.

Аналогичным образом с помощью фаэовращателя 10 и масштабного сумматора 11 устраняется напряжение, обусловленное межобмоточной емкостью трансформатора 6 при подключении к входу синхронного детектора пары электродов 4, 5 датчика 1 Холла С целью устранения напряжения "пьедестала", на вход масштабного сумматора 11 подается прямоугольное напря- жение с выхода делителя 22 частоты, изменяющееся с частотой коммутации пар электродов датчика 1 Холла, причем, так как напряжение "пьедесталов" при подключении разных пар электродов датчика Холла разные, то производится не устранение каждого из "пьедесталов", а выравнивание их, т. е. благодаря подаче напряжения с выхода делителя частоты в определенной фазе и в определенном масштабе производится регулировка (поднятие или опускание ) одного из"пьедесталов" с. целью. установления его .равенства по величине и знаку нерегулируемому "пьедесталу". Напряжение с частотой тока питания, поступающее на вход синхронногб детектора 12 благодаря индуктивной снязи между обмотками понижающего трансформатора, отключенного.н данный момент от источиика питания, устраняется в масштабно а сумматоре подачей на один иэ его входов напряжения ис1026100

Впер

Рие.8 точника питания в фазе, отличной на

180 от устраняемого напряжения.

С целью уменьшения аддитивной погрешности, обусловленной напряжением шума на входе амплитудного детектора, производится компенсация напряжения шума на выходе амплитудного детектора; причем компенсирование производится в зависимости от величины индукции измеряемого магнитного поля. Выходное напряжение U> амплитудного детек- »0 тора 15 поступает на вход сумматора

18 и на вход блока 16 сравнения, выход которого.с помощью ключа 7 либо подключает напряжение компенсации

U<о „ к второму входу сумматора, либо 15 отключает его ° В отсутствие магнитного поля напряжение U„ на выходе амплитудного детектора 15 обусловлено напряжением шума (фиг. 2). Так как величина опорного напряжения 20 схемы сравнения U »» выбрана таким образом, что Цо»» > U<,то блок сравнения не срабатывает и напряжение компенсации через ключ 17 поступает на вход сумматора 18, причем благодаря выполнению равенства0»»o»»g =-U»g производится полная компенсация аддитивной погрешности, обусловленной напряжением шума, при отсутствиии магнитного поля. При достижении индукцией измеряемого магнитного поля некоторой величины 8» срабатывает блок 16 сравнения и,напряжение компенсации отключается от входа сумматора 18. Величина » определяется значением напряжения U<»», которое выбирается таким образом, чтобы скачок напряжения U g, соответствующий моменту срабатывания блока 16 сравнения, делился пополам прямолинейным продолжением зависимости 0 - 1(8) показанным на фиг. 2 штриховой линией.

Таким образоМ, использование новых элементов — масштабного сумматора, двух фазовращателей, блока сравнения, ключа и сумматора — позволит устра»; нить напряжение с частотой тока питания и напряжение "пьедестала", обусловленные остаточными параметрами переключателя и коммутатора тока и недостатками конструкции понижающих трансформаторов, а также устранить аддитивную погрешность устройства при отсутствии магнитного поля с ее уменьшением приблизительно в два раза при измерении слабых магнитных полей, что позволяет расширить динамический диапазон измеряемых магнит-.ных полей в область слабых полей и повысить точность измерения индукции магнитных полей.

BHHHIIH Заказ 4553/38

Тираж 710 Подписное

Филиал ППП "Патент", r Ужгород, ул.Проектная,4