Преобразователь перемещений

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий источник постоянного магнитного поля, размещенный в нем полупрбводниковый стержневой элемент с двумя торцовыми токовыми контактами, один КЗ которых выполнен инжектирующим , и с расположенными на его боковой поверхности потенциальными электродами и подключенный между токовыми контактами источник питания постоянного тока, отличающийся тем, что, с цепью повышения точности путем компенсации дестабилизирующих факторов, он снабжен регулируемым компенсирующим элементом, полупроводниковьй стержневой элемент снабжен вторым токовым инжектирующим контактом , выполненным на участке его боковой поверхности между торцовым токовым инжектирующим контактом и потенциальными электродами, а регулируеg мый компенсирующий элемент подключен ko между токовыми инжектирующими контактами . с оо ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1УБЛИ К

„„SU<„>i 11

3 С01В 700 С 01 В 7/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3548399/25-28 . (22) 21.01.83 (46) 15.09.84. Бюл. Ф 34 (72) А.И.Чередов (7 1) Омский политехнический институт (53) 621. 317. 39: 531. 71 (088. 8) (56) 1. Кобус А., Тушинский Я, Датчики Холла и магниторезисторы. М., "Энергия", 1971, с. 143, 194.

2. Авторское свидетельство СССР

9 .1004745, кл. С 01 В 7/00, 1981 (прототип). (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕИЕЩЕНИЙ, содержащий источник постоянного магнитного поля, размещенный в нем полупрбводниковый стержневой элемент с двумя торцовыми токовыми контактами, один из которых выполнен инжектирующим, и с расположенными на его боковой поверхности потенциальными электродами и подключенный между токовыми контактами источник питания постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем компенсации дестабилизирующих факторов, он снабжен регулируемым компенсирующим элементом, полупроводниковый стержневой элемент снабжен вторым токовым инжектирующим контактом, выполненным на участке его боковой поверхности между торцовым токовым инжектирующим контактом и потенциальными электродами, а регулируе- Я мый компенсирующий элемент подключен между токовыми инжектирующими контак" тами.

1 1113

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности, для измерения угловых перемещений.

Известны преобразователи линейных

5 или угловых перемещений, содержащие источник постоянного магнитного поля, чувствительный элемент, выполненный в виде датчика Холла и связываемый с контролируемым объектом в процессе измерения, источник питания постоянного тока, подключенный к токовой паре контактов датчика Холла, и блок регистрации, подключенный к потенциальной паре контактов датчика, на ко!

5 торой формируется ЭДС, пропорциональная величине перемещения <13.

Недостатком таких преобразовате- . лей является ограниченная точность измерений обусловленная нестабильЭ

20 но стью выходной ЭДС датчиков Холла, вызванной различными гальвано- и термомагнитными явлениями.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является преобра25 зователь перемещений, содержащий источник постоянного магнитного поля, размещенный в нем полупроводниковый стержневой элемент с двумя торцовыми токовьмИ контактами, один из которых выполнен,инжектирующим, и с расположенными на боковой поверхности стержневого элемента потенциальными электродами, выполненными в виде емкостного зонда. Источник питания постоянного тока подключен между токовыми контактами, а блок регистрации подключен к емкостному зонду и токовому неинжектирующему контакту, обеспечивая измерение разности фаз напряжений, снимаемых с зонда и с резистора, включенного в токовую цепь преобразователя L"l.

Недостатком этого преобразователя является его чувствительность к действию различных дестабилизирую- 45 щих факторов: нестабильности условий окружающей среды, например температуры, и нестабильности магнитного поля, что вызывает понижение точности измерения перемещений. 50

Цель изобретения — повышение точности преобразования перемещений путем компенсации дестабилизирующих факторов.

Поставленная цель достигается тем,55 что преобразователь перемещений, содержащий источник постоянного магнитного поля, размещенный в нем полупро357 2 водниковый стержневои элемент с двумя торновыми токовыми контактами, один из которых выполнен инжектирующим, и с расположенными на его боковой поверхности потенциальными электродами и подключенный между токовыми контактами источник питания постоянного тока; снабжен регулируемым компенсирующим элементом, полупроводниковый стержневой элемент снабжен вторым тоI ковым инжектирующим контактом, выполненным на участке его боковой поверхности между торцовым токовым инжектирующим контактом и потенциальными электродами, а регулируемый компенсирующий элемент подключен между токовыми инжектирующими контактами.

На фиг. 1 представлена блок-схема преобразователя, предназначенного для измерения угловых перемещений; на фиг. 2 — зависимость частоты его выходного напряжения от угла с поворота полупроводникового элемента преобразователя относительно направления магнитного поля.

Преобразователь перемещений содержит полупроводниковый стержневой чувствительный элемент 1, размещенный в магнитном поле, создаваемом источником 2 постоянного магнитного поля.

Он имеет пару торцовых токовых контактов 3 и 4, один из которых (контакт 4) выполнен инжектирующим. К токовым контактам 3 и 4 подключен источник 5 постоянного тока. На боковой поверхности полупроводникового элемента 1 выполнена пара противолежащих один другому потенциальных электродов 6 и 7, к которой через формирователь 8 импульсов подключен блок 9 регистрации, выполненный, например, в виде частотомера. На участке боковой поверхности стержневого полупроводникового элемента между торцовым токовым инжектирующим контактом 4 и потенциальными электродами 6-7 выполнен второй токовый инжектирующий контакт 10, между которым и первым токовым (торцовым) инжектирующим контактом 4 подключен регулируемый компенсирующий элемент 11, например, один или несколько последовательно или параллельно соединенных магниторезисторов или термисторов, или их комбинация.

Преобразователь перемещений работает следующим образом.

Под воздействием параллельных электрического и магнитных полей, з 1«ЗЗ создаваемых источниками 5 и 2, соответственно, в полупроводниковом стержневом элементе 1 возникает винтовое возмущение электронно-дырочной плазмы, распространяющееся под дейст- 5 вием электрического поля вдоль стержневого элемента 1. При определенной критической величине приложенного напряжения постоянного тока это винтовое возмущение усиливается и преобра-10 зуется в устойчивые колебания тока и поперечного напряжения, снимаемого с электродов 6 и 7, расположенных симметрично «а противолежащих боковых поверхностях полупроводникового элемента i. .Частота колебаний тока и напряжения одинакова и зависит от угла о между электрическим и магнитным полями, а также от концентрации электронно-дырочной плазмы в месте возникновения винтовой неустойчивости. Изменение концентрации плазмы, вызванное какими †ли внешними воздействиями, вызывает изменение частоты колебаний тока и поперечного на- 25 пряжения, При повороте на угол cL полупроводникового стержневого элемента 1, свя зываемого в процессе измерения с контролируемым объектом, в магнитном г поле источника 2 на концентрацию электронно-дырочкой плазмы в его тела оказывает влияние величина про. дольной составляющей магнитного поля, которая уменьшается, что приводит к уменьшению частоты генерируемых полупроводниковым элементом колебаний на его поперечных потенциальных электродах 6-7 (фиг. 2). Очевидно, что не40 стабильность магнитного поля источника 2 вызывает погрешность измерения угла о поворота стержневого полупроводникового элемента относительно направления силовых линий магнитно45 го поля, 57 4

Для компенсации этой погрешности, а также и других дестабилизирующих факторов, например, температуры окружающей среды, служит второй (боковой) инжектирующий токовый контакт 10, предназначенный для изменения плотности электронно-дырочкой плазмы в месте возникновения винтовой неустойчивости. При подключении между обоими инжектирующими токовыми контактами (торцовым 4 и боковым 10) регулируемого компенсирующего элемента 1-1, например цепочки из магниторезисторов или термисторов с заданными характеристиками зависимости их сопротивления в функции соответствующего мешающего (дестабилизирующего) фактора, через инжектирующий токовый контакт t0, обладающий свойствами прямо смещенного p -% перехода, в объем стержневого элемента 1 осуществляется инжекция избыточных носителей заряда, что приводит к изменению плотности электронно-дырочной плазмы в месте возникновения винтовой неустойчивости, т.е. в области торцового токового инжектирующего контакта 4.

Таким образом, при использовании в качестве регулируемого (в функции мешающего фактора) компенсирующего элемента 11, например магниторезистора, сопротивление которого увеличивается прн увеличении напряженности магнитного поля источника 2, обеспечивается компенсация нестабильносТи источника магнитного поля. Аналогично, с помощью компенсирующего термистора может быть уменьшена погрешность от влияния нестабильности параметров окружающей среды, например температуры.

Благодаря компенсации влияния дестабилизирующих факторов данный преобразователь имеет погрешность измерения угловых перемещений менее 0,01 в заданном диапазоне измерений.

1113357

Г 3 4 5 Ю 7 8 У ru

Риг, g

Составитель С. Скрыпник

Редактор М. ТоВТНН Техред О.Неце Корректор А.Тяско

Заказ 6516/18 Тираж 463 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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