Измеритель электродвижущей силы холла

 

Изобретение относится к области электроизмерений и является дополнительным к авт.св. № 883817. Цель изобретения - повьпление точности измерений ЭДС Холла. Измеритель ЭДС Холла содержит датчик 1 Холла с двумя парами противоположных электродов 2,3 и 4,5, трансформаторы 6 и 7, переключатели 8 и 11 тока, источник 9 питания, умножитель 10 частоты, синхронный детектор 12, фильтр 13 нижних частот, регистр 14, амплитудный детектор 15, аналого-цифровой преобразователь 17 и цифровой индикатор 18. В устройство введены переключатель 16, формирователь 19 абсолютного значения, ключи 20 и 21, масштабирующий сумматор 22, индикатор 23 знака и согласующее устройство 24. Введенные элементы и образоi (Л С 1Ч

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (.)1) 4 6 01 R 33/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Х ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 883817 (21) 393! 842/24-21 (22} 15.07.85 (46) 30.04.87.Бюл. Р 16 (71) Институт электродинамики

AFI УССР (72) В,В.Брайко, В.С.Кирилюк, А.К.Курков, С.Г.Мдивани, С.Г.Таранов, и Г.И.!Чувалов (53) 617.317.44 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

h 8838i7, кл. 6 01 R 33/06, 1980. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ

ХОЛЛА

157) Изобретение относится к области электроизмерений и является дополнительным к авт.св. 1г 883817. Цель.ЯО» А2 изобретения — повью ение точности измерений ЭДС Холла. Измеритель ЭДС

Холла содержит датчик 1 Холла с двумя парами противоположных электродов 2,3 и 4,5, трансформаторы 6 и 7, переключатели 8 и 11 тока, источник

9 питания, умножитель 10 частоты, синхронный детектор 12, фильтр 13 нижних частот, регистр 14, амплитудный детектор 15, аналого-цифровой преобразователь 17 и цифровой индикатор )8. В устройство введены переключатель lá, формирователь 19 абсолютного значения, ключи 20 и 21, масштабирующий сумматор 22, индикар тор 23 знака и согласующее устройст- ® во 24. Введенные элементы и образоl 307412 ванные функциональные связи позволя ют линеаризировать зависимость ЭДС

Холла от величины и направления вектора индукции магнитного поля, воздействующего на датчик 1 Холла. БлаИзобретение относится к электроизмерениям, в частности к измерителям истинного значения электродвижущей силы Холла, и является усовершенствованием измерителя, описанного в 5 авт.св. Ф 883817.

Пель изобретения — повышение точности измерений ЭДС Холла.

На чертеже представлена функциональная структурная схема измерителя электродвижущей силы Холла.

Устройство содержит датчик 1 Холла с двумя парами противоположных электродов 2,3 и 4,5 каждая из которых подключена к вторичным обмоткам понижающих трансформаторов 6 и 7.

Первичные обмотки этих трансформаторов через переключатель 8 тока подклю чены к источнику 9 питания, другой выход которого подключен к умножителю 10 частоты. Обе пары противоположных электродов 2,3 и 4,5,цатчика

Холла подключены к переключателю 11, выход которого подключен к входу

25 синхронного детектора 12. Управляющие входы переключателя 8 тока, переключателя 11 и синхронного детектора 12 подключены к выходу умножителя 10 частоты. Выход синхронного детектора 12 подключен к входу фильтра некиих частот, выход которого подключен к входам регистра 14 и амплитудного детектора 1.5. Выход амплитудного детектора 15 и выход синхронного детектора 12 подключены к входам переключателя 16, выход которого подключен к измерительному входу аналого-цифрового преобразователя 17, выходной код которого подается на цифровой индикатор 18. Выход синхронного детектора 12 подключен к входу формирователя 19 абсолютного значения, выход которого подключен к объединенным входам ключей 20 и 21. Выходы последних подключены к двум входам годаря этому повышается точность

В измерения в сильных магнитных полях, а также становится возможным определить направление вектора индукции магнитного поля. 1 ип. сумматора 22, на третий вход которого подается опорное напряжение. Выход масштабного сумматора 22 подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 17. Выход знакового разряда аналого-цифрового преобразователя подключен к входам индикатора 23 знака и согласующего устройства 24, выход которого подключен к управляющим входам ключей 20 и 21.

Устройство работает следующим образом.

Переключатель ll, управляемый умножителем 10 частоты, поочередно подключает пары электродов 2,3 и 4,5 датчика 1 Холла к синхронному детектору 12. Переключатель 8 тока поочередно подключает первичные обмотки трансформаторов 6 и 1 к источнику 9 питания, в результате чего датчик 1

Холла запитывается поочередно через пары электродов 2,3 и 4,5 током, возникающим во вторичных обмотках понижающих трансформаторов 6 и 7 ° При этом в любой момент времени одна из пар противоположных электродов датчика I Холла подключена через переключатель 11 к входу синхронного детектора, а вторая пара через один из понижающих трансформаторов 6 и 7 и переключатель 8 тока — к источнику

9 питания. Коммутация пар электродов производится таким образом, что согласка свойства взаимности датчика

Холла для напряжения неэквипотенциальности и антивзаимности для ЭДС

Холла напряжение неэквипотенциальности на выходе синхронного детектора

12 будет изменять свой знак с частотой коммутации переключателей 8 и 11. в то время как ЭДС Холла изменять знак не будет, таким образом, среднее за период коммутации переключателей 8 и 11 значение выходного напряжения синхронного детектора 11 пропор1307412

Хх

И = А К о аг ц о

1,2)

55 ционально только ЭДС Холла, возникающей в датчике 1 Холла при воздействии на него составляющей индукции исследуемого магнитного поля. Если полосу пропускания фильтра !3 нижних частот выбрать таким образом, чтобы в нее не попадала частота коммутации переключателей 8 и 11, то выходное напряжение фильтра 13 пропорционально только ЭДС Холла, возникающей в 10 датчике Холла при воздействии на него индукции изменяющегося во времени магнитного поля. Значение этой ЭДС

Холла фиксируется регистром 14. Если измерительный вход АЦП 17 с помощью 15 переключателя 16 подключен к выходу амплитудного детектора 15, то показания цифрового индикатора соответствуют амплитудному среднему или действующему значению измеряемой 20

ЭДС Холла, возникающей в датчике

Холла при воздействии на него переменных магнитных полей. Если измерительный вход АЦП через переключатель

16 подключен к выходу синхронного детектора 12, то показания цифрового индикатора 18 соответствуют ЭДС Холла, возникающей в датчике 1 Холла при воздействии на него постоянного магнитного поля. При этом появляет- ЗО ся возможность фиксирования знака измеряемой ЭДС Холла, который зависит от направления вектора индукции воздействующего магнитного поля, для этого в используемом АЦП должно быть 35 предусмотрено автоматическое определение порядности входного сигнала.

Среднее за период коммутации переключателей 8 и ll значение выходно-40

ro напряжения синхронного детектора

12 Щ ) пропорционально ЭДС Холла (Х„),возбуждаемой в датчике индукцией постоянного магнитного поля где К, — коэффициент передачи синхронного детектора.

Это напряжение поступает на вход формирователя 19 абсолютного значения, выходное напряжение Щ 1 которого определяется выражением п„= к„ la„) = к„, к„f х„), где К „ — коэффициент передачи формирователя абсолютного значения.

Среднее значение выходного напряжения синхронного детектора 12 поступает на иэмерительньп» вход АЦП, соответствующее ему значение выходного

АЦП (N) появляется на цифровом индикаторе 18, а знак — на индикаторе 23 знака. Одновременно сигнал с выхода знакового разряда ЛЦП поступает на согласующее устройство 24, вырабатывающее сигнал, параметры которого удовлетворяют требованиям, предъявляемым к управляющему сигналу ключей

20 и 21. Управление ключами осуществляется таким образом, что в любой момент времени в зависимости от полярности напряжения U один иэ них г замкнут, а второй — разомкнут. Например, если U, ) О, то замкнут ключ 20 и разомкнут ключ 21; при U, c О ключ

20 разомкнут,а ключ 21 замкнут. Через один из ключей выходное напряжение формирователя 19 абсолютного значения поступает на один из входов масштабного сумматора 22. Далее будем рассматривать работу измерителя при направлении вектора индукции магнит» ного поля, воздействующего на датчик

Холла, соответствующем значениям

3х О, а значит и U, О. При этом замкнут ключ 20, а ключ 21 разомкнут, т.е. выходное направление масштабного сумматора 22 (U ) определяется выражением где Ц. — опорное напряжение, К вЂ” масштабный коэффициент сумматора 22 по входу, к которому подключен ключ 20.

Значение выходного кода АЦП определяется выражением

П»г К 2 х

N=A = — =А <, (1)

22 о го где А — постоянная, зависящая от количества кодовых разрядов

АЦП.

Допустим К о = О, тогда значение выходного кода АЦП определяется выражением т.е. показания цифрового индикатора

18 линейно зависят от величины 1„.

Определяем величину отклонения этих показаний (0N) от линейчой зависимости (1) для случая, когда К „ О.

1307412 6 фициент передачи ма<.штабного сумматора 22 по входу, к которому подключен ключ 21 — K„< ° Выражение (3) в этом случае примет нид

N Kzt Kin Ка ч о 71 19 !7

U, Из выражения (3) видно, что величина отклонения изменяется по квадра- >0 тичному закону и знак отклонения противоположен знаку ЭДС Холла., т,е. величина отклонения вычитается из N

Таким образом, показания цифрового индикатора 18 с увеличением g отклоняются от линейной зависимости от (в сторону уменьшения. Такая зависимость показаний цифрового инди— катора 18 от ЭДС Холла позволяет корректировать нелинейность характе- 20 ристики преобразования датчика Холла, обусловленной увеличением его чувствительности с ростом индукции магнитного поля, воздействующего на датчик. Выражения (1) и (3) получены для случая, когда вход масштабно"

ro сумматора 22, к которому подключен ключ 20, является суммирующим по отношению к опорному напряжению.

Нетрудно показать, что если этот вход будет вычитающим, то знаки в выражении (3) изменятся на противоположные. Тогда показания цифрового индикатора 18 с увеличением ЭДС Холла будут отклоняться от линейной за- 35 висимости от (х в сторону увеличения, что позволяет корректировать нелинейность характеристики преобразования датчика Холла, обусловленную уменьшением его чувствительности 40 с ростом индукции магнитного поля, воздействующего на датчик.

Вид приведенных ньппе ныраженийсохранится и для случая, когда вектор индукции магнитного поля изменит свое направление на противоположное, однако необходимо учесть, что при этом 1х а 0 и, следовательно, U,. сО т.е. ключ 20 будет разомк- 50 нут, а ключ 21 замкнут и вместо коэффициента передачи масштабного сумматора 22 К 0 необходимо ввести коэф—

ВНИИПИ Заказ 1б29/4б Тираж 731 Подписное

Г1роизв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 х — ™„= A Ki< + К

0 20 <9 I2 х

) °

Uo

После преобразований получим

Таким образом, подбирая соответствующую величину К и К7 можно г корректировать ассиметрию диаграммы направленности датчика Холла.

Использование изобретения позволяет линеаризировать зависимость

ЭДС Холла от величины и направления вектора индукции магнитного поля, ноздействующего на датчик Холла, благодаря чему поньппается точность измерения в сильных магнитных полях, а также позволяет определить направление вектора, индукции магнитного поля.

Формула и з о б р е т е н и я

Измеритель электроднижущей силы

Холла по авт.св.N- 883817, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности измерений, в него введены переключатель, индикатор знака, согласующий блок, масштабный сумматор, два ключа и формирователь абсолютного значения, вход которого соединен с выходом синхронного детектора, первый вход переключателя соединен с выходом амплитудного детектора, второй вход — с выходом синхронного детектора, а выход — с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, входы йндикатора знака и согласующего блока соединены с выходом знакового разряда аналого-цифрового преобразователя, выход масштабного сумматора соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, входы ключей соединены с выходом формирователя абсолютного значения, а выходы — соответственно с первым и вторым входами масштабного сумматора, третий вход которого соединен с источником опорного напряжения, причем управляющие входы ключей соединены с выходом согласующего блока.