Цифровой измеритель магнитной индукции

 

Изобретение относится к технике магнитных измерений и может быть использо-Мухционная катушка.вано ДЛЯ прецизионного измерения в широком динамическом диапазоне индукции постоянных магнитных полей. Цель - повышение точности измерения - достигается введением в устройство двух групп элементов 2-2-2И-ЗЙЛИ 8,9. регистра 11, триггера реверса 1, элемента И 15 и двоично-десятичного дешифратора 13. Устройство содержит также датчик Хо^ла 1, стабилизатор тока 2, цифровое отсчетное устройство 12, источник питания 4, ка17Ш- ку 3 индуктивности, преобразователь напряжение - код 5, блок деления 10, i реверсивный счетчик 6 и блок управления I 14. 1 ил.i^v^«'fe

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (I I) IsI>s 6 01 R 33/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н укцноннал ттушш

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 347704 (21) 4750772/21 (22) 16.10.89 (46) 15.02,92. Бюл. ¹ 6 (71) Н ауч но-исследовательский институт

"Квант" (72) И.П.Смирнов, А.А.Остапов, О.Т,Чигирин и Ю.Т.Чигирин (53) 621.317.44 (56) Авторское свидетельство СССР № 347704, кл. 6 02 R 33/06, 1972 (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ (57) Изобретение относится к технике магнитных измерений и может быть использовано для прецизионного измерения в широком динамическом диапазоне индукции постоянных магнитных полей. Цель— повышение точности измерения — достигается введением в устройство двух групп элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 8,9, регистра 11, триггера реверса 7, элемента И 15 и двоично-десятичного дешифратора 13. Устройство содержит также датчик Холла 1, стабилизатор тока 2, цифровое отсчетное устройство 12, источник питания 4, каФушку 3 индуктивности, преобразователь напряжение — код 5, блок деления 10, реверсивный счетчик 6 и блок управления, 14. 1 ил. 1

1712911

Изобретение является дополнительным к авт.св, М 347704, относится к области магнитных измерений и может быть использовано для прецизионного измерения в в)ираком динамическом диапазоне индукции постоянных магнитных pQJlBA.

Целью изобретения являетсч повышение точности измерения.

На чертеже приведена блок-схема цифрового измерителя магнитной индукции.

Цифровой измеритель магнитной индукции состоит из датчика Холла 1, стабилизатора тока 2, индукционной, намотанной на датчик Холла, катушки 3, источника питания 4, преобразователя напряжение-код 5, реверсивного счетчика 6, триггера реверса

7, групп элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 8,9, блока делителя 10, регистра 11, цифрового отсечного устройства 12, двоична-десятичного устройства 12, двоична-десятичного дешифратора 13, блока управления 14 и элемента

И 15.

Блок управления 14 состоит из генератора импульсов 16, элемента И 17, счетчика

18. элемента" ИЛИ 19, триггера 20, элемента

ИЛИ 21. выключателей 22, 23 и дешифратора 24.

Токовые электроды датчика Холла 1 соединены со стабилизатором тока 2. Потенциальные электроды датчика Холла 1 соединены с сигнальным входом преобразователя напряжение-код 5. Обмотка индукционной катушки 3 соединена с источником питания 4. Кодовый выход преобразователя напряжение-код 5 соединен с первым входом группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 8. Выход счетных импульсов преобразователя напряжение-код 5 соединен с счетным входом реверсивного счетчика 6. Вход реверса реверсивного счетчика 6 соединен с выходом триггера реверса 7. Счетный вход триггера реверса 7 соединен с выходом элемента И 15.

Кодовый выход реверсивного счетчика 6 соединен с вторым входом группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 8, с входом элемента И 15 и с первым и вторым входами группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ. Третий вход группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 8 соединен с выходом регистра 11. Выход группы элементов

2-2-2И-ЗИЛИ 8 (параллельный код) соединен с первым входом блока деления 10, второй вход которого (параллельный код) соединен с выходом группы элементов 2-22И-ЗИЛИ 9. Третий вход(параллельный код) группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 9 соединен с выходом блока деления 10, входом регистра 11, и входом двоична-десятичного дешифратора 13, Выход двоична-десятичного дешифратора 13 (параллельный код) соеди10

55 нен с входом цифрового остаточного устройства 12, Первый выход блока управления 14 соединен с управляющим входом истсчника 4, Второй выход блока управлечия !4 соединен с управляющим входом реверсивного счетчика 6. Третий выход блока управления

14 соединен с запускающим входом преобразователя напряжение-код 5. Четвертый выход блока управления 14 соединен с первым управляющим входом группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 8. Пятый выход блока управления 14 соединен с вторым управляющим входом группы элементов 2-2-2ИЗИЛИ 8, Шестой вход блока управления 14 соединен с третьим управляющим входом группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 8, Седьмой выход блока управления 14 соединен с управляющим входом регистра 11. Восьмой выход блока управления 14 соединен с нулевым (установочным} входом регистра 11.

Девятый выход блока управления 14 соединен с нулевым (установочным} входом блока деления 10. Десятый выход блока управления 14 соединен с входом деления блока деления 10. Одиннадцатый выход блока управления 14 соединен с управляющим входом элемента И 15. Двенадцатый выход блока управления 14 соединен с нулевым входом триггера реверса 7, Тринадцатый выход блока управления 14 соединен с единичным входом триггера реверса 7. Четырнадцатый выход блока управления 14 соединен с первым управляющим входом группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 9, пятнадцатый выход блока управления 14 соединен с вторым управляющим входом группы элементов 2-2-2N-ЗИЛИ 9, Шестнадцатый выход блока управления 14 соединен с третьим управляющим входом группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 9. Семнадцатый выход блока управления 14 соединен с нулевым (установочным} входом реверсивного счет.чика б. Восемнадцатый выход блока управления 14 соединен с управляющим входом двоична-десятичного дешифратора.

Выходы дешифратора 24 с первого по восемнадцатый соответственна соединены с выходами блока управления 14 с первого по восемнадцать, й. Девятнадцатый выход дешифратора 24 соединен с первым входом элемента ИЛИ 19, второй вход которого соединен с двадцатым выходом дешифратора 24.

Выход генератора импульсов 16 соединен с первым входом элемента И 17. Второй выход элемента И 17 соединен с выходом триггера 20. Выход элемента И 17 соединен со счетным входом счетчика 18. Нулевой входсчетчика 18соединен с первым входом элемента?1 ИЛИ, и с первым входом выключателя 23. Выход счетчика 18 соединен с входом дешифратора.24. Выход элемента

ИЛИ 19 соединен са счетнь.м входом триггера 20, нулевой вход каторога соединен с выходом элемента ИЛИ 21. Второй вход элемента ИЛИ 21 соединен с первым входом выключателя 22. Вторые входы выключателя 22, 23 соединены с общей точкой (карпусом) прибора.

Работа цифровага измерителя магнитной индукции происходит в несколько тактов коммутации, При нажатии кнопки выключателя 23 устройство устанавливается в исходное состояние. При этом счетчик 18 обнуляется, а триггер 20 выдает решающий потенциал на элемент И 17. Через элемент И 17 на вход счетчика 18 начинают поступать сигналы с генератора импульсов 16. Дешифратор 24 анализирует состояние счетчика 18 и выдает сигналы на все блоки устройства, Сигнал, поступающий с семнадцатого выхода блока управления 14, устанавливает в нулевое состояние реверсивный счетчик 6. С девятого выхода блока управления 14 выдается сигнал, падготавливающий к рабате блок деления 10. Сигнал, поступающий с восьмого выхода блока управления 14, устанавливает в нулевое состояние регистр 1 "1, Сигнал, поступающий с двенадцатага выхода, устанавливает в нулевое состояние триггер реверса

7. В этом положении триггер реверса 7 выдает такой сигнал на вход реверса реверсивного счетчика 6, при котором он работает нэ сложение.

В первом такте датчик Холла 1 находится в зазоре магнитопровода некоторое время, достаточное для того, чтобы ва всем объеме измерительного занда с датчикам

Холла 1 установилась температура исследуемого объекта, т.е. в зазор магнитопровада.

В это время на датчик Холла 1 действуют два постоянных магнитных поля — измеряемое с индукцией В и дополнительное пале с индукцией Вдм, создаваемое индукционной катушкой 3, намотанной на датчик Холла 1, по которой протекает так ат источника питания 4. Выходной сигнал датчика Холла, пропорциональный алгебраической сумме магнитных индукций (- В+ Вд ), поступает на преобразователь напряжение-код5, Аналого-цифровое преабразовайие происходит по сигналам, поступающим на вход преобразователя 5 с третьего выхода блока управления 14.

Аналоговый сигнал датчика Холла l преобразуется в число импульсов, которые поступают с преобразователя 5 на счетный

55 вход реверсивного счетчика 6, считающего го в прямом направлении:

N1 = KSln(8+ Вдь(), где К вЂ” коэффициент преобразования напряжение-кад;

1я — ток питания датчика Холла;

S — чувствительность к индукции датчика Холла.

Во DT0pot4 такте коммутации на датчик

Холла 1 действует только измеряемое магнитное поле с индукцией В, поскольку сигнал, поступающий с первого выхода бЛока управления 14, отключает источник питания

4, При"этом через индукционную катушку 3 не протекает ток, который возбуждает дополнительное магнитное поле с индукцией

Вдм. Выходной сигнал с датчика Холла 1, пропорциональный магнитной индукции В, поступает на преобразователь 5, откуда в виде последовательности импульсов-поступает на реверсивный счетчик 6, считывающий в обратном направлении. Направление счета в реверсивном счетчике 6 во второй такт коммутации изменяется по сигналу, поступающему на единичный вход триггера реверса 7 с тринадцатого выхода блока уп.равления 14. Ва втором такте реверсивный счетчик 6 будет работать на вычитание.

При положительном направлении измеряемой магнитной индукции В, совпадают<ей по направлению с дополнительной магнитной индукцией Вдм, в реверсивном счетчике 6 устанавливается код

N2 =- Й KStnB =- KSln(8+Bye) KStnB

=К81В„.

Одновременно в выходном регистре преобразователя 5 установится код Кз, соответствующий магнитной индукции В

Из = Кб пВ

При отрицательном направлении измеряемой мап- итнай индукции В, не совпадающей по направлению с дополнительной магнитной индукцией Вд, во втором такте реверсивный счетчик 6 будет работать на вычитание, а затем на сложение. Когда чис-. ла в реверсивном счетчике 6 станет равным нулю, сработает элемент И 15 и выдаст сиг- . нал на счетный, вход триггера реверса 7.

Триггер реверса 7 переходит в нулевое состояние и выдает на шину реверса реверсивного счетчика 6 и такой сигнал, по которому он будет работать на сложение.

В реверсивном счетчике 6 установится кад

М2 = К31пВдц

Таким образам, независимо от направления измеряемой магнитной индукции В относительно направления дополнительной магнитной индукции Вдм в реверсивном счетчике 6 после второго такта коммутации будет один и тот же код, Одиавремо))на в выходном регистре преобразователя 5 устанаВится кад Ь!з, соответстВуюIций маГнит" ной индукции В. Г)а первый вход блока деления 1(3 через } а пг)у эле()ентов 2-2-2ИИЛИ 8 посгупает код ИЗ с выходного Регистра ? fp805p8зОвателя напрЯжени8-коД 5.

Разрешал)ие на прохождение кода КЗ через группу элементов 2-2-2И-ЛИЛИ 8 выдает

СИГНВЛ, ПОСТУПа)О(Ц?ЛЙ С ЧЕТВЕРТОГа ВЫХОДа блока управлениЯ «4. ПО сиГналу, поступаюГцему с четырнадцатого выхода блока управления 14, срабатывает групг)а элементов

2-2-2И-ЭИЛ И 9 и код К2 с реверсивного счетЯ лка 6 поступает на в горой вход блока деления 10, Г10 сигналу, поступа)О(цему с Дрсятого вь!Хи д бл.?.ау, р.ения14 Вб д..л

1О производится деление кода 1 ?3 на кад N2, 1-езъ!Л?„?а p ))6H?!Iÿ Равныи

Кз КЗ?п В В

N4=К) К) (К)

Ng t ; S If? Вди B„ljh« поступает на регис-;Р 11. Разре(3?ение на поступление -,OF38 8 регистр 11 выдает сигнал, Г)астy08ю(ций с ВОсьмОГО выхОДа блока управл -,ния 14 Вате»м па сигналу пост«?!Па.

}01цр:««у ° Пят rfqа,"! (3.«ТОО ВЫХО ца бла к а уа ааВ л(зния )4, срабатывает группа элементов

"-2-2? «-) ."" " 9 " кор Иу vÄ fxgл ":: лрг:" "Но."O рц.:» —.«?(; . ? fq 1«ОГ т)? " ЗЕ» На Вт»«а? ?11

f)jf Qy,-. ВЛ ) 1?»« «

Г-, вт >»»??»,«? 31 .I »»(ОМ1,?«1TR)3!«1?«ко >Ф ) и ? вляется (.игнал HH девятнадцатом выходе деш)!1(1)ратора 2!«, с?;абатывает з!)6ме)-?т!/)Х! ?1

1(з? и в:.;,-?ае-, „ч«(,; л H,, (.1, -тный в)((?;: т???,)ггз?-а» ! .!:

20, Г?иГГер 20 Г1606хОцит а елин?л )ное сос!Ояние и выдает:-..=-пре))н}ош,и(г оте?пгиал на .;-?леме))Г,/ ; 1 /, В резул),та;-е Н6 счет?ный вход счетчика 10 ГIерестают пастуг}ать счетные

fI)f?1 „,r f? C 6H6„r1T(«f3r! MM?)33 /)„„Q?) « 5, ;-« r8 на Датчик Холла 1 удаляется из зазора магнита fp08gда с ?маГнитнОЙ проницаемастью

p > -»,?(и помеьцается в среду с, магнит}10;: г)раницаемасть?О «/А» (воздух/. f)pf) зтам маГнитопровод не оказывает пр})ктического влияния на ИH()уKциfg доп0лни ?елff!а О маГ" нитнагг) паля, создаваемо?о кат«/133кой, ). Т,к. за времЯ пе?р?емЗЩ61)ия датчика Холла из

ЗЗЗОРа M:.)Ï !»)TO,PO(10Är? С МгГНИтНай f)PÎÈÈЦВЕМОСТЬЮ P ..-. >Pr В СРЕДУ С МаГНИтисй

Г)роницаек)остью p... температура измерительного зонда котором находится датчи}:

Холла 1, поакти )вски не изменяется, та ч)!": ви Ге?)1, ности да)чика Х()лла 1 Н8 изменяе ся; те, Остается равной ?, Затем нажимартся Вык!)ючатель 22 и начинается таЕТИЙ ) ««К Ка«)М)/таЦИИ Пав)» ТОМ «rPI/If (ЕР

20 )/c.анавливается В н)!Левое состОяние f?)

Р»)ВРАЗ" («аЕТ ?«Г«(»« О«) ?)ОНИЕ С)«Гч»ЛО?«Г Р., рп ) тор-: импульсов 16 через элемент И 17 на

CM6T fиК 18.

Б третьем такте коммутации на датчик

Холла 1 действует два постоянных маг5 нитных поля: внешнее магнитноепо, ле с индукцией Ва и дополнительное магнитное поле Вд?«о, создаваемое индукционной катушкой Э. Выходной сигнал дат«)1)1(а Холла 1, пропорциональный сум1Î ме величин (+ Bf) + Вд?«) постУпает на преобразовател?. Напряжение-код 5, Аналога- цифровое преобразование в преобразователе 5 происходит г)о сигналам, поступающим на вход преобразователя 5 с ! 5 i p6Tf»6f 0 блОка упь)авлениЯ 14. АналОГавый сигнал датчика Холла 1 преобразуется f) число импульсов, которые поступают с преобРазавателЯ 5 на с )етныЙ вход 13еверси?знОГО счетчика б, считьгваемага в прямом направ2О /1ении

N, == KSl (=- ВВ + B/) o)

В четвертом такте коммутации на датчик Холла 1 действует только внешнее магнитн06 г?ал6 Б Г«, поскольку с?»1 ГH6ë, 110

) 5 с т ?! и а 113 ? ц и Й с и с р в О Г 0 ВыхОДЯ 0 л 0 K 8 у Г?Равления 14 Отключает исто сник питаниг! !«, ? ?ри тО?»), «101?ез индук}?)10 IH/10 }(ат?!шку 3 не

fI p0T8K86T так, KQTopbfй ВОзбуждает дог?ол)-11)тел; f-, 06 магнитно: поле с «»)ндук?3ией? су«! В)?.",„". В?»}ха/(н(?1«сиГI)gë „пат ?ика Холла пропорциональный магнитной индукции

В Б, посту(?вет на пг?60 бразова Ф е/?ь 5, Откуда в ?«ида Г10следо()атель}}гзс ?ъ1 им(1 /ль" ОВ пОступает на реверсивный счет-)ик б, считаг) -", „ I .} э Ic:.д и Й в (3 б О а т и О м 1-1 а и р а в л 6 ? I 11 и . ! ? - :I;,»авлсчI 6 сиГ"ала в Р!61«=pci)B}юм I6 :-л?к= б 80 время четвертого такта KOMìóò8ции 1)з})еняется ПО сигнал/, по; тупающему

"I8 единичный Вход триггера реверса 7 с

r»ь1хО?1а бло},а управлениЯ 14, B -)(;т(»61! ? ь!и

? =;кт ком?"Iутации, реверсивный счетчик б

-б !дет Работать на Вычитание. fри палаЖИТелЬHQM НапРавлении внешней маГнитной индукции Вп«, савпада45 1«11116?) по направлению с Дополнительной ма! нитнОЙ инДукЦНРЙ Вд?«д, В РевеРсивно(1 счетч?/1ке 6 устанавливается кад - в = 1 5 Yx 3 ? j B fg = (? г?? В ГЗ + В д м о/ ? -. ? ?«В В =

= - )}л Вд?,?c., 5(3 1"?ри Отрицательном направлении внешней магнитной инДУКЦИИ Bg, H6 cg()IIBqr)IQьцей по напра}злению с дополнительной ма?нитной индукцией Вд «о, в четвертом такте реверсивный с ?етчик б сигнала будет ра55 Оатать на Вычитание, а затем HB сложение.

)<огда числа в реверсивном счетчике 6 станет равным нул?с, с,",.:::аботает элемент И 15, и выдаст сигнал на счетный вход триггера ревеоса 7, )ри)-гер реверса 7 переходит в

1712911

50 о нулевое састоянле и выдает на шину реверса реверсивного счетчика 6 такой сигнал, па которому ан будет работать на сложение.

В реверсивном счетчике 6 установится код NG

N8 = KSInI:Ig io

Таким образом, независимо ат направления внешнего магнитного поля BB относительно направления дополнительной магнитной индукции Вдмо, в реверсивном счетчике б после четвертого такта коммутации будет один и тат же код. На первый вход блока деления 10 через группу элементов

2-2-2И-ЗИЛ И 8 поступает кад М8 с реверсивного счетчика б. Разрешение на прохождение кода N6 через группу элементов

2-2-2И-ЗИЛИ 8 выдает сигнал, поступающий с пятого выхода блока управления 14..

По сигналу, паступа ощему с десятого выхода блока управления 14, в блоке деления производится деление кода М8 на код Nz.

Результат деления, равный N7 8 < S In Вдмо Вдмо ч7 = 1 1 — „- — 1 — К1

N2 K S In Вдм Вдм поступит через элемент 2-2-2И-ЗИЛИ 9 на второй вход блока деления 10. Разрешение на прохождение кода N7 выдает сигнал, поступающий с шестнадцатсго выхода блока уп равления 14, На первый вход блока деленля IO поступает код Йл с регистра 11 через группу элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 8. Разрешение на прохождение кода Мл выдает сигнал, поступающий с шестого выхода блока управления 14. По сигналу, поступающему с десятого выхода блока управления 14, в блоке деления 10 производится деление када

Мл на кад N7, Результат деления, равный N8 ч4 г1 В, 1 Вдмо В

N8 =K1 — = K1 — K1= 17 Вдм Вдм Вдмо пропорционален измеряемой .магнитной индукции и не зависит от материала магнитопровода . с магнитной праницаемостью,и > >ро и взаимного направления векторов В и Вдмо.

Па сигналу, поступающему с восемнадцатого выхода блока управления 14, результат измерения N8 считывается цифровым отсчетным устройством 12. В четвертом такте коммутации, когда появляется сигнал на двадцатом выходе дешифратара 24, срабатывает элемент ИЛИ 19 и выдаст сигнал на счетный вход триггера 20. Триггер 20 переходит в единичное состояние и выдает за10

ЗО

40 преща ощий потенциал на элемент И 17. В результате на вход счетчика 18 перестанут поступать счетные сигналы с генератора импульсов 16.

Формула изобретения

Цифровой измеритель магнитной индукции по авт.св. ¹ 347704, о т л и ч а юшийся тем, чта, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены две группы элементов 2-2-2ИЗИЛИ, регистр, элемент И, триггер реверса и двоична-десятичный дешифратор, при этом выходы блока управления с четвертого по восемнадцатый соответственно, соединены с первым управляющим входом первой группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ, с вторым управляющим входом первой группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ, третьим управляющим входом первой группы элементов

2-2-2И-ЗИЛИ, управляющим входом регистра, нулевым входом регистра, нулевым входом блока деления, входом деления блока деления, управля ащим входо л элемента И, единичным входам триггера реверса, первым управляющим входом второй группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ, вторым управляющим входом второй группы элементов 2-22И-ЗИЛИ, третьим управля ощим входом второй группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ, нулевым входом реверсивного счетчика, управляющимм входом двоична-десятичного дешифратора, выход регистра соединен с первым информационным входом первой группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ, второй информационный вход которой соединен с входом элемента И, первым и вторым информационными входами второй группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ и выходом реверcMBHol.o счетчика, третий информационный вход второй группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ соединен с инфарл ационным входом регистра, информационным входом двоична-десятичного дешифратара и выходом блока деления, первый информационный вход которого соединен с выходом второй группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ, а второй информационный вход- выходам первой группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ, третий информационный вход которой соединен с кодовым выходом преобразователя напряжение-кад, выход элемента И соединен со счетным входом триггера реверса, выход котараго соединен с входом реверсивного счетчика, а выход двоична-десятичного дешифратара подключен к входу цифрового отсчетнаго устройства.