Цифровой измеритель магнитной индукции
Изобретение относится к технике магнитных измерений и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне индукции постоянных магнитных полей. Устройство содержит датчик 1 Холла, стабилизатор 2 тока, коммутатор 3, трансформаторы 4,5. резистор 6, синхронный детектор 7, преобразователь 8 напряжение-код, делительный блок 9, элемент ИЛИ 10, реверсивный счетчик 11, дешифратор 12, цифровой индикатор 13, блок констант 14, блок управления 20, усилитель-ограничитель 15, элементы И 16,18, триггеры 17,19. 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)з 6 01 R 33/Об
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4788899/21 (22) 05.02.90 (46) 15.08.92. Бюл. VL 30 (71) Научно-исследовательский институт
"Квант" (72) И.П.Смирнов, А.А.Остапов, О.Т,Чигирин и Ю.Т.Чигирин (56) Авторское свидетельство СССР
М 1078370, кл. 6 01 F 33/06. 1982. (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ (57) Изобретение относится к технике магнитных измерений и может быть использо„„. Ж„„1755221 Al вано для прецизионного измерения в широком диапазоне индукции постоянных магнитных полей. Устройство содержит датчик 1 Холла, стабилизатор 2 тока, коммутатор 3, трансформаторы 4,5, резистор 6, синхронный детектор 7, преобразователь
8 напряжение-код, делительный блок 9, элемент ИЛИ 10, реверсивный счетчик 11, дешифратор 12, цифровой индикатор 13, блок констант 14, блок управления 20, усилитель-ограничитель 15, элементы И 16,18, триггеры
17,19. 2 ил.
1755221
10
Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне индукции постоянных магнитных f10flPI1, Целью изобретения является повышение точности измерения магнитной индукции независимо от ее направления относительно расположения датчика Холла, На фиг,1 привФДена блок-схема цифрового измерителя Магнитной индукции; на фиг.2 — блок-схема и временные диаграммы работы блока управления предлагаемого цифрового измерителя магнитной индукции, Цифровой измеритель магнитной индукции (фиг.1) состоит из датчика Холла, стабилизатора тока 2, коммутатора 3, трансформаторов 4 и 5, переменного резистора 6, синхронного детектора 7, преобразователя напряжение-код 8, делительного блока 9, элемента ИЛИ 10, реверсивного счетчика 11, дешифратора 12, цифрового индикатора 13, блока констант 14. усилителя-ограничителя 15, элемента И 16, триггера
17, элемента И 18. триггера 19 и блока управления 20.
Токовые электроды датчика Холла 1 соединены со стабилизатором тока 2, Первичная обмотка первого трансформатора 4 через нормально замкнутые контакты С,Д второй группы коммутатора 3 соединена с токовыми электродами датчика Холла 1. Первая первичная обмотка второго трансформатора 5 через нормально разомкнутые контакты А,Б первой группы коммутатора 3 соединена с потенциальными (Холловскими) электродами датчика Холла
1, Управляющий вход датчика 3 соединен с первым выходом блока управления 20.
Вторичная обмотка первого трансформатора 4 соединена с переменным резистором 6, средняя точка которого соединена со второй первичной обмоткой второго трансформатора 5, Вторичная обмотка второго трансформатора 5 соединена с сигнальным входом синхронного детектора 7, управляющий вход которого соединен с управляющим выходом стабилизатора тока 2. Выход синхронного детектора 7 соединен с сигнальными входами преобразователя напряжение-код 8 и усилителя-ограничителя 15, Запускающий вход преобразователя напряжение-код соединен со вторым выходом блока управления 20, Кодовый выход (параллельный код) преобразователя напряжение — код 8 соединен с первым входом делительного устройства 9. Импульсный выход (выход счетных импульсов) преобразователя напряжение-код 8 соединен с первым входом элемента ИЛИ 10.
Нулевой вход делительного блока 9 соединен с третьим выходом блока управления 20. Вход деления делительного блока 9 соединен с четвертым выходом блока управления 20. Выход блока соединен со входом схемы ИЛИ 10. Вход записи устройства деления 9 соединен с пятым выходом блока управления 20, Выход элемента ИЛИ 10 соединен со счетным входом реверсивного счетчика 11.
Нулевой вход реверсивного счетчика 11 соединен с шестым выходом блока управления 20. Вход реверса реверсивного счетчика
11 соединен с выходом триггера 19. Выход реверсивного счетчика 11 (параллельный код) соединен с сигнальным входом дешифратора 12.
Управляющий вход дешифратора 12 соединен с седьмым выходом блока управления 20. Выход дешифратора 12 (параллельный код) соединен с цифровым индикаторам 13.
Управляющий вход блока констант 14 соединен с восьмым выходом блока управления 20, девятый выход которого соединен с первым входом элемента И 16, Выход усилителя-ограничителя 15 соединен со вторым входом элемента И 16, выход которого соединен с единичным входом триггера 17, Выход триггера 17 соединен с первым входом элемента И 18, Нулевой вход триггера 17 соединен с десятым выходом блока управления 20.
Второй вход элемента И 18 соединен с одиннадцатым выходом блока управления
20. Выход элемента И 18 соединен с единичным входом триггера 19, нулевой вход которого соединен с двенадцатым выходом блока управления 20.
По сигналу установки нуля, поступающему с выхода блока управления 20, в нулевое состояние устанавливаются счетчик делителя, буферный счетчик, счетный триггер, регистр делимого и триггер блока 9;
Операция деления производится путем последовательно вычитания кода делителя
Б из кода делимого И до тех пор, пока код делимого не станет равным нулю, Результат деления равен числу циклов вычитания
И вЂ” КБ О, Управляющий потенциал с нулевого выхода счетного триггера поступает на вход реверса счетчика делителя и устанавливает его в режим вычитания. Нулевой потенциал с единичного выхода счетного триггера, поступающий на вход реверса буферного счетчика, устанавливает его в режим сложения, Нулевой потенциал с единичного выхода триггера делительного блока 9, поступающий на управляющий вход схемы И.
1755221
Сигналом нулевой установки, йбступа- 55 ющим с выхода блока управления 20, в нулевое состоя ние устанавливается реверсивный счетчик 11. Сигналом, поступившим с выхода блока управления 20, в исходное состояние устанавливается блок запрещает прохождение через нее сигналов от генератора импульсов блока 9, По сигналу деления, поступающему с выхода блока управления 20, в нулевое состояние устанавливается счетчик результата в блоке 9, Счетные импульсы с выхода схемы окончания деления поступают на счетные входы счетчика делимого счетчика делителя и буферного счетчика. Так как счетчик делимого является вычитающим, то счетные импульсы вычитаются из кода делимого А, т.е. из кода числа А, Кроме того, счетные импульсы вычитаются из кода делителя, т.е. из кода числа Ь, и суммируются с буферном счетчике.
Число счетных импульсов, поступивших на счетных вход счетчика делителя за один цикл вычитания, определяется значением кода делителя, т.е, кода числа А. Когда код в счетчике станет равным нулю (окончился первый цикл вычитания кода делителя Б из кода делимого А), срабатывает многовходовая схема И, После окончания первого цикла вычитания кода делителя Б иэ кода делимого А в буферном счетчике блока 9 установится код числа Б.
Во втором цикле вычитания иэ кода числа Б в буферном счетчике блока 9 начинают вычитаться счетные импульсы. Когда код в буферном счетчике блока 9 станет равным нулю (окончился второй цикл вычитания кода делителя Б из кода делимого А), срабатывает многовходовая схема И, Сигнал схемы . через схему ИЛИ поступает на счетный вход счетного триггера и на счетный вход счетчика результата и на импульсный выход делительного блока 9. При этом счетный триггер переключается и изменяет направление счета в счетчике делителя и в буферном счетчике блока 9.
В третьем цикле вычитания счетчик делителя блока 9 работает на вычитание, а буферный счетчик — на сложение. Последовательность таких циклов вычитания будет продолжаться до тех пор, пока код числа А в счетчике делимого станет равным нулю. B этот момент срабатывает многовходовая схема И и выдает управляющий сигнал на второй нулевой вход триггера. На единичном выходе триггера вырабатывается нулевой потенциал, который запрещает прохождение счетных импульсов через схему И.
9. Сигналом, поступившим с выхода блока управления 20, в нулевое состояние устанавливается триггер 17, который выдает запрещающий потенциал на элемент И 18, Сигналом, поступающим с выхода блока управления 20, B нулевое состояние устанавливается триггер 19, который выдает такой сигнал на шину реверса реверсивного счетчика 11, при котором он работает на сложение. Сигнал, поступающий с выхода блока управления 20, вклю, т реле коммутатора
3, При этом к потенциальным электродам датчика Холла 1 через замкнувшиеся кон-. такты А и Б I группы коммутатора 3 подсоединяется вторая первичная обмотка трансформатора 5.
В первый такт измерения через коммутатор 3 выходной сигнал датчика Холла 1 поступает через трансформатор 5 на синхронный детектор 7. Выходной сигнал синхронного детектора 7 кодируется преобразователем напряжение — код 8, который имеет два выхода: импульсный и кодовый. Счетные импульсы с импульсного выхода пропорциональные и сигйал С потенциальных электродов датчика Холла 1 поступает через элемент ИЛИ 10 на реверсивный счетчик 11, считающий в прямом направлении. В счетчике 11 после"йервого
1 такта будет код Ni, например при отрицательном направлении магнитной индукции — В относительно расположения датчика
Холла и код N>, при положительном наI правлении магнитной индукции "+" В.
N) = k)SInB + k)Uнэ.
N) = k)SIлВ k)U3, lI
Во второй такт измерения управляющий сигнал с выхода блока управления 20 отключает реле коммутатора 3. В этом случае контакты А и В первой группы! гр коммутатора 3 размыкаются, а контакты Д и С второй группы lit.p замыкаются. При этом на вход синхронного детектора 7 с трансформатора 5 поступает часть сигнала с токовых электродов датчика Холла 1. Сигнал с токовых электродов датчика Холла 1 поступает на первую первичную обмотку трансформатора 5 через последовательно соединенные трансформатор 4 и делитель со средней точкой.
Сигнал синхронного детектора 7 преобразуется в код
Ng = kU1= klmI g, где гя - сопротивление датчика Холла.
Затем по сигналу, поступающему с выхода блока управления 20, на первый вход делительного устройства 9 поступает код Из с блока констант 14. Код йз, хранящийся в блоке констант 14, равен коэффициенту компенсации Кк
1755221
<
Ng - N1 — N4 =(kiSlnB + К10э)— — М10нэ = k1SInB, N =kkU1 афпг 1пг (t
0нэ 0«э 0нэ (t
На второй вход делительного устройства 9 поступает код по сигналу с выхода блока управления 20. 5
После деления кода N2 на код йз в устройстве деления 9 по сигналу, поступающему с выхода блока управления 20, в устройстве деления установится код N4. 12 k1 I« " . «<- = — — <- «и„..
In rcpt
0нэ
Результат деления с импульсного выхода блока 9 в виде импульсов поступает на реверсивный счетчик 11. При отрицательном найравлении магнитной индукции "-" В реверсивный счетчик 11 будет работать на вычитание, при положительном направлении магнитной индукции "+" В реверсивный счетчик 11 будет работать на сложение. На- 20 правление магнитной индукции определяется в первый такт измерения. Работа реверсивного счетчика 11 зависит от направления магнитной индукции относительно расположения датчика Холла 1. При отрицательном направлении мап<итной индукции "-" В выходной сигнал усилителя-ограничителя 15, подключенного к синхронному детектору 7, является разрешающим (логическая единица "1") для эле- 0 мента И 16. При поступлении управляющего сигнала с выхода 28 блока управления 20 элемент И 16 срабатывает и выдает сигнал на единичный вход триггера 17. Триггер 17 переходит в единичное состояние и выдает 5 разрешающий потенциал на элемент И 18, Во втором такте измерения при поступлении управляющего сигнала с выхода 30 блока управления 20 срабатывает схема И
18 и выдаетуправляющий сигнал на единич- 40 ный вход триггера 19, Триггер 19 переходит в единичное состояние, При этом состоянии триггера 19 реверсивный счетчик 11 будет работать на вычитание, При положительном направлении магнитной индукции "-" В со- 45 стояние триггеров 17,19 не изменлетсл и поэтому режим работы реверсивного счетчика 11 не изменяется во второй такт измерения, т.е. реверсивный счетчик 11 во втором такте будет работать на сложение.
Таким образом, после пятого такта в реверсивном счетчике 11 установится код
NL при отрицательном направлении магнит« ной индукции "-." В и код Ns при положительном направлении магнитной индукции 55
fly ll В
<(«
N5 = N1+ N4 =-(1(151«В — k10«) +
1- 1С10«э = k1SI«B .
Следовательно, временная и температурная нестабильность параметров датчика
Холла не приводит к появлению аддитивной погрешности. поскольку напряжение неэк-. випотенциальности не влияет на измерение
ЭДС Холла, так как вторал и третья составляющие последного уравнения будут изменятьсл на одну и ту we величину и будут взаимно компенсироваться
ИЯ = N 1(t) — N4(t) =- (k1S In В +
+k 1Uqg(t) — k10«g(t)) = k1S InBq
Ng(t) = N«(t) + N4(t) =(k1Sl«B
-k1U Формула изобретения Цифровой измеритель магнитной индукции, содержащий последбвательно соединенные стабилизатор тока и датчик Холла, коммутатор, два трансформатора, переменный резистор со средней точкой, последовательно соединенные синхронный детектор, преобразователь напряжение— код, делительное устройство, элемент ИЛИ. реверсивный счетчик, дешифратор и цифровой индикатор и блок констант, выход которого подключен к второму входу делительного блока, импульсный выход преобразователя напряжение — код соединен с вторым входом элемента ИЛИ, вход синхронного детектора соединен с вторичной обмоткой первого трансформатора, первичные обмотки которого соответственно соединены со средней точкой переменного резистора и через нормально разомкнутые контакты первой группы коммутатора с потенциальными электродами датчика Холла, переменный резистор соединен с вторичной обмоткой второго трансформатора, первичная обмотка которого соединена через нормально замкнутые контакты второй группы коммутатора с токовыми электродами датчика Холла, управляющий выход стабилизатора тока соединен с управляющим входом синхронного детектора, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения магнитной и«дукции, введены усилитель-ограничитель, два элемента И, два триггера и блок управления, выходы которого соответственно соединены с управляющим входом коммутатора, с запускающим входом преобразователя напряжение — код, с нулевым входом реверсивного счетчика. нулевым входом делительного блока, входом записи делительного блока, входом деления делительного блока. нулевым входом первого триггера, нулевым входом второго триггера, входом дешифратора, входом первого элемента И. управляющим входол1 блока кон10 1755221 стант, входом второго элемента И. второй вход которого соединен с выходом первого триггера, единичный вход которого соединен с выходом первого элеме ла И, сигнальный вход которого через усилитель-olðàèè÷èòåëü соединен с входом 2б Составитель А. Романов Техред M,Моргентал Корректор О. Юрковецкая Редактор Н. Горват Заказ 2891 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 2.У 29 преобразователя напряжение — код и выходом синхронного детектора, причем вход реверса реверсивного счетчика соединен с выходом второго триГгера, единичный вход 5 которого соединен с выходом второго элемента И.
