Измерительный преобразователь магнитной индукции

 

Изобретение предназначено для измерения магнитной индукции. В устройство, функционирующее на основе использования компенсационного метода, введены первый и второй ключи (8,10), а также блок (11) формирования сигналов, управляющий работой ключей. Технический результат: повышение точности измерения магнитной индукции с помощью снижения погрешностей при запоминании напряжения, пропорционального измеряемой магнитной индукции. 4 ил.

Изобретение относится к области электрических измерений, в частности к измерениям магнитной индукции.

Известны устройства для измерения магнитной индукции методом прямого преобразования, включающие датчики Холла (см. Гальваномагнитные преобразователи в измерительной технике/ В.В.Брайко, И.П.Гринберг, М.: Энергоатомиздат, 1984, - с. 247-249), в которых информация об индукции магнитного поля снимается в виде напряжения Холла.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известных устройств, относится влияние погрешностей датчика Холла: нелинейность его функции преобразования, временная и температурная нестабильность параметров.

Известны также устройства для измерения индукции с использованием компенсационного метода и отрицательной обратной связи (см. там же, стр. 131). Недостатком такого устройства является трудность измерения индукции свыше 0,01 Тл, поскольку в воздухе трудно осадить компенсирующее магнитное поле.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению является измерительный преобразователь магнитной индукции, используемый в патенте РФ 2096787 (кл. G 01 R 19/00) и содержащий магнитопровод с намагничивающей и дополнительной обмотками, причем выводы намагничивающей обмотки подключены к импульсному генератору: индикатор размагничивания магнитопровода в виде датчика Холла, выход которого через формирователь импульсов подключен к первому входу блока выборки-хранения, выход которого является выходом измерительного преобразователя магнитной индукции; интегратор, выход которого подключен ко второму входу блока выборки-хранения. Такое устройство принято за прототип.

Недостатком при использовании прототипа является снижение точности преобразования магнитной индукции вследствие влияния следующих факторов.

Запоминание выходного напряжения интегратора производится при подаче этого напряжения на вход блока выборки-хранения (БВХ) в течение малого интервала времени (это время выборки τ на фиг. 1,а) при наличии короткого импульса на выходе формирователя импульсов при равенстве измеряемой и компенсирующей магнитных индукций, что фиксирует датчик Холла. Дело в том, что запоминание напряжения производится с малыми погрешностями в том случае, когда входное напряжение БВХ в течение времени запоминания является постоянным, что и обуславливает необходимость уменьшения времени выборки, поскольку реальное входное напряжение БВХ является переменным по значению (напряжение u на фиг. 1,б). При увеличении времени выборки будет запомнено напряжение u₂ в момент t₂, а не требуемое напряжение u₁ в момент t₁ (фиг. 1), что и приводит к погрешностям. Но при снижении времени выборки появляется погрешность из-за того, что переходный процесс установления выходного напряжения БВХ может не закончиться за время выборки. Таким образом, отмеченное противоречие к параметрам устройства приводит в итоге к появлению погрешностей преобразования магнитной индукции.

Сущность изобретения состоит в стремлении получить технический результат, заключающийся в повышении точности измерения магнитной индукции.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном измерительном преобразователе магнитной индукции, содержащем магнитопровод с намагничивающей и дополнительной обмотками, причем выводы намагничивающей обмотки подключены к импульсному генератору; индикатор размагничивания магнитопровода в виде датчика Холла, выход которого через формирователь импульсов подключен к первому входу блока-хранения, выход которого является выходом измерительного преобразователя магнитной индукции; интегратор, выход которого подключен ко второму входу блока выборки-хранения, особенность заключается в том, что в него введены: первый и второй ключи, причем первый ключ включен между дополнительной обмоткой и входом интегратора, а второй ключ подсоединен параллельно конденсатору интегратора; а также блок формирования сигналов, содержащий два логических элемента "2И", два логических инвертора, диод и резистор, причем первый вход первого логического элемента подключен через диод к дополнительной обмотке, а второй вход через первый логический инвертор - к формирователю импульсов; выход первого логического элемента через второй логический инвертор подключен к одному из входов второго логического элемента, другой вход которого соединен со вторым входом первого логического элемента; выход первого логического элемента подключен ко входу управления первого ключа, а выход второго логического элемента - ко входу управления второго ключа; резистор подключен параллельно первому входу первого логического элемента.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружено аналога, характеризующегося признаками, тождественными всем признакам заявленного изобретения, а определение из перечня аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На чертежах представлено: фиг. 1 поясняет работу прототипа, на фиг. 2 изображена структурная схема устройства, фиг. 3 поясняет работу устройства, на фиг. 4 приведена схема блока выборки-хранения.

Устройство (фиг. 2) содержит магнитопровод 1, в одном из зазоров которого размещен датчик Холла 2. Один выходной зажим датчика 2 соединен с землей, а второй - с входом формирователя импульсов 3, выход которого подключен к первому входу блока выборки-хранения (БВХ) 4, выход которого является выходом преобразователя. Импульсный генератор 5 соединен с намагничивающей обмоткой 6. Второй вывод обмотки заземлен. Дополнительная обмотка 7 через первый ключ 8 соединена со входом интегратора 9, конденсатор которого зашунтирован вторым ключом 10, а выход соединен со вторым входом БВХ 4. Блок формирования сигналов (БФС) 11 содержит первый 12 и второй 13 логические элементы "2И", а также первый 14 и второй 15 логические интеграторы, диод 16 и резистор 17. Первый вход первого логического элемента 12 подключен через диод 16 к дополнительной обмотке 7, а второй вход первого логического элемента 12 через второй логический инвертор 15 - к формирователю импульсов 3. Выход первого логического элемента 12 через второй логический инвертор 15 подключен к одному из входов второго логического элемента 13, другой вход которого соединен со вторым входом первого логического элемента 12. Выход первого логического элемента 12 подключен ко входу управления первого ключа 8, а выход второго логического элемента 13 - ко входу управления второго ключа 10. Резистор 17 подключен параллельно первому входу первого логического элемента 12.

Измерительный преобразователь магнитной индукции функционирует следующим образом.

Пусть подлежащая измерению индукция магнитного поля равна B₀. Для концентрации магнитного потока с целью увеличения чувствительности при измерении магнитной индукции служит магнитопровод 1. В этом случае магнитная индукция в магнитопроводе возрастает и равна B₁. Ток генератора 5 пилообразной формы, протекая по намагничивающей обмотке 6, создает в магнитопроводе компенсирующую магнитную индукцию B_к, направление которой в рабочей части магнитопровода встречно индукции B₁. Напряжение u₁ обмотки 7 пропорционально производной компенсирующей магнитной индукции и поэтому имеет прямоугольную форму (фиг. 3,а). Напряжение u₂ на выходе интегратора 9 до момента времени t₁ имеет форму компенсирующей индукции (фиг. 3,б). В момент t₁ равенства индукций (B₁ = B_k), что фиксируется датчиком Холла 2, формирователь 3 вырабатывает управляющий импульс длительностью τ (напряжение u₃ на фиг. 3,в), подаваемый на вход "Вх.1" БВХ 4, разрешая запоминание напряжения u_в, пропорционального измеряемой магнитной индукции. Напряжения u₁ и u₃ ( (фиг, 3а, в) подаются на БФС 11. Напряжение u₄ на выходе первого логического элемента 12 имеет вид, показанный на фиг. 3, г. Оно подается на вход управления первого ключа 8, отключая вход интегратора 9 от обмотки 7, поэтому напряжение на выходе интегратора 9 до момента времени t₂ не меняется (фиг. 3. б). В течение времени τ = t₂-t₁ производится запоминание напряжения, пропорционального измеряемой индукции, с помощью БВХ 4. Напряжение u₅ на выходе второго логического элемента 13 показано на фиг. 3, д. Оно подается на вход управления второго ключа 10, снимая информацию, накопленную в интеграторе 9. В момент времени t₃ начинается следующий цикл измерения. Если значение индукции B₀ изменится, то изменится и напряжение u_в, приводя к изменению выходного напряжения измерительного преобразователя магнитной индукции.

При использовании предложенного изобретения разрешается вышеотмеченное противоречие, имеющееся в прототипе, поскольку во-первых, возможно увеличение времени выборки τ (фиг. 3, в) вследствие постоянства напряжения, подаваемого на вход БВХ 11 (напряжение, изображенное сплошной линией на фиг. 3,б в промежутке времени между t₁ и t₂), а во-вторых, напряжение u_в фиксируется точно в момент t₁ равенства индукций B₁ и B_к, поскольку время выключения первого ключа 8 очень мало.

На фиг. 4 показан вариант выполнения запоминающего устройства (ЗУ на фиг. 2), входящего в состав блока выборки-хранения 4.

Таким образом, для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств. Также устройство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Формула изобретения

Измерительный преобразователь магнитной индукции, содержащий магнитопровод с намагничивающей и дополнительной обмотками, причем выводы намагничивающей обмотки подключены к импульсному генератору, индикатор размагничивания магнитопровода в виде датчика Холла, выход которого через формирователь импульсов подключен к первому входу блока выборки - хранения, выход которого является выходом измерительного преобразователя магнитной индукции, интегратор, выход которого подключен ко второму входу блока выборки-хранения, отличающийся тем, что в него введены первый и второй ключи, причем первый ключ включен между дополнительной обмоткой и входом интегратора, а второй ключ подсоединен параллельно конденсатору интегратора, а также блок формирования сигналов, содержащий два логических элемента 2И, два логических инвертора, диод и резистор, причем первый вход первого логического элемента подключен через диод к дополнительной обмотке, а второй вход через первый логический инвертор - к формирователю импульсов, выход первого логического элемента через второй логический инвертор подключен к одному из входов второго логического элемента, другой вход которого соединен со вторым входом первого логического элемента, выход первого логического элемента подключен к входу управления первого ключа, а выход второго логического элемента - к входу управления второго ключа, резистор подключен параллельно первому входу первого логического элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4