Измерительный преобразователь электрических и магнитных величин

 

3/02.317

В. Г: Гусев и В. А. Востриков (72) Авторы изобретения

Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе (71) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

И МАГНИТНЫХ ВЕЛИЧИН, 1

Изобретение относится к области магнитных и электрических измерений и может быть использовано для измерения индукции слабых постоянных и медленно меняющихся магнитных полей, и также малых постоянных токов и напряжений, Известно устройство для измерения индукции магнитного поля, содержащее два магнитореэистора, генератор переменного напряжения, полосовой фильтр, детектор, два фильтра ннж- 1О них частот и источник опорного напряжения (1).

Недостатками известного устройства являются дрейф нуля и значительная погрешность измерения, возникающие вследствие температурной и временной нестабильности характеристик магниторезисторов, а также низкая чувствительность, обусловленная квадратичной зависНмостью сопротивления от индукции, что. затрудняет использование указанного устройства для измерения индукции слабых магнитных полей.

Известно также устройство, содержащее генератор, два магннторезистора, измерительный прибор, компенсационную обмотку, усилитель переменного напряжения и фазочувствительный выпрямитель (2).

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Для этого в устройство, содержащее генератор, два последовательно соединенных магнито. резистора, последовательно соединенные измерительный прибор и компенсационную обмотку с магнитопроводом, а также последовательно соединенные усилитель переменного напряжения и фазочувствительный выпрямитель, второй вход которого подключен к выходу генератора, дополнительно введены последовательно соединенные реверсивный источник тока и обмотка подмагничивания, последовательно соеди. пенные избирательный усилитель и амплитудный детектор, выход которого подключен к входу усилителя переменного напряжения, а также усилитель постоянного тока, включенный между выходом фазочувствительного выпрямителя и входом измерительного прибора, а также параллельно соединенные с магниторезисторами

702325

° 1О

20

3 источник переменного тока и двухканальный источник тока, общая шина которого соединена с общим зажимом магниторезисторов, а входс выходом генератора, при этом один из зажимов мыниторезистора подключен к входу избирательного усилителя, а вход реверсивного источника тока соединен с выходом гене.ратора.

Структурная электрическая схема измерительного преобразователя изображена на фиг. 1

На фиг. 2 показаны временнйе изменения . величин, характеризующих процесс преобразования.

Измерительный преобразователь содержит магниторезисторы 1 и. 2, двухканальный источник 3 тока, источник 4 переменного тока, из; бирательный усилитель 5, амплитудный. детектор 6, усилитель 7 переменного напряжения, фазочувствительный выпрямитель 8, ycamrтель 9 постоянного тока. Измерительный прибор 10, компенсационную обмотку 11, магниторповод 12, генератор 13, реверсивный источник. тока 14, обмотку подмагничивания 15.

Устройство работает следующим образом.

Вход двухканального источника тока 3, а также фазочувствительный выпрямитель 8 соединены с выходом питающего генератора 13. . Через обмотку 15 подмагничивания и магниторезисторы 1 и 2 протекают токи, создава емые управляемь1ми генератором 13 и источником 74 тока. Величины этих токов и их направление. определяются генератором 13, выходное напряжение которого имеет вид прямоугольных разнополярнЬ1х импульсов одинаковой амплитуды, и длительности. Через магниторезисторы 1 и 2 также протекает синусоидальный ток, создаваемый источником 4 переменного тока, частота которого, по крайней мере, на порядок больше частоты прямоугольного напряжения генератора 13, а амплитуда не превышает величины выходного тока двухканального источника 3 тока.

Так как направление тока питания i (фиг. 2, в) магниторезисторов 1 H 2 изменяются синхронно с направлением тока обмотки 15 подмагничивания, то их сопротивления

Ra (фиг. 2, б) остаются неизменными во времени, а величины определяются абсолютным значением магнитной напряженности Нп (фиг. 2, a) поля смещения. Напряжение U (фиг. 2, г) на входе избирательного усилителя 5 повторяет форму тока источника 4 тока, причем амплитуда его неизменна и определяется суммой падений напряжений на магниторезисторах 1 и 2 от протекающего по ним синусоидального тока источника 4 тока. Напряжения на магниторезисторах 1 и 2, создаваемые токами двухканального источника 3 тока. 4 направлены встречно и компенсируют друг друга, Ввиду неизменности амплитуды входного напряжения U избирательного усилителя 5 на выходе амплитудного детектора 6 будет постоянное напряжение U (фиг. 2, r), в сос1 таве которого отсутствует переменная состав ляющая. Вследствии этого выходной ток 1к (фиг. 2, д) электронного преобразователя равен нулю, и показание прибора 10 будет нулевым.

При воздействии измеряемого постоянного магнитного поля амплитуды импульсов напряженности поля смещения, которые по направлению совпадают с напряженностью исследуемого поля, увеличиваются, а амплитуды импульсов противоположного направления— уменьшаются на величину напряженности Ни (фиг. 2, а) измеряемого поля. При этом возникают периодические чередования положительных и отрицательных приращений сопротивлений Вн (фиг. 2, б) магниторезисторов 1 и 2, пропорциональных отклонениям амплитуд импульсов подмагничивания. Соответствующие приращения получают также и амплитуды синусоидальных составляющих напряжений на магниторезисторах 1 и 2, сумма которых представляет собой амплитудно-модулированное напряжение 0 (фиг. 2, r), подаваемое на вход электронного преобразователя. Это напряЗО жение усиливается избирательным усилителем 5 и поступает на вход амплитудного детектора 6, с помощью которого выделяется огибающая амплитудно- модулированного напряжения. В результате этого в составе выходного напряжеÇ5 ния U2 (фиг. 2, г) амплитудного детектора 6 появляется переменная составляющая в виде прямоугольных импульсов, частота которых совпадает с частотой напряжения генератора 13, а амплитуда пропорциональна приращению со4О противлений магниторезисторов 1 и 2. Переменная составляющая напряжения U2 усиливается усилителем 7 и подается на вход фазочувствительного выпрямителя 8. Постоянное напряжение с выхода фазочувствительного вы45 прямителя 8 поступает на вход усилителя 9 постоянного тока. Выходной ток 1к (фиг. 2, д) усилителя 9 протекает через прибор 10 и обмотку 11. Этот ток вызывает магнитную напряженность в магнитопроводе 12, которая уменьшает магнитную напряженность, вызванную измеряемой величиной. Дополнительное наложение постоянного компенсирующего поля приводит к уменьшению приращений сопротивлений магниторезисторов I è 2. В итоге, при достаточно большом коэффициенте усиления, напряженность измеряемого магнитного поля уравновешивается напряженностью компенсирующего поля, то есть осуществляется нреобразо702325 вание измеряемой величины s пропорциональ- т ное значение постоянного тока.

Таким образом, в предложенном преобразо- в вателе характеристика преобразования не зави- r сйт от величины нестабильного сопротивления ч магниторезисторов, параметров электронного д преобразователя; несимметричности характер- н ристик магниторезисторов, в основе работы " п которых положен ГМР эффект. Чувствительность и

его не зависит от параметров магниторезисто- ið т ров, дрейф нуля практически исключен. Тем-. у пература и временное старение элементов У не вызывают погрешностей характеристик преобразования. л

Эти преимущества позволяют резко повысить is метерологические характеристики существующих .преобразователей и позволяют широко использовать предложенный гальваномагнигный пре- . c образователь для решения специальных задач с измерительнрй техники и автоматики. 20 з

Формула изобретения

Измерительйый преобразователь электрических и магнитных величин, содержащий генератор, два последовательно соединенных магнито. резистора, последовательно соединенные измерительный прибор и компенсационную обмотку с . магнитопроводом, а также последова- З0

6 ельно соединенные усилитель переменного напряжения и фазочувствительный выпрямитель, торой вход которого подключен к выходу енератора, отличающийся тем, то, с целью повышения точности измерения, ополнительио введены последовательно соедиенные реверсивный источник тока и обмотка одмагничивания, последовательно соециненные збирательный усилитель и амплитудный детекор, выход которого подключен к входу силителя переменного напряжения, а также силитель постоянного тока, включенный между выходом фазочувствительного выпрямитея и входом измерительного прибора, а также параллельно соединенные с магниторезисторами источник переменного тока и двухканальный источник тока, общая шина которого соединена общим зажимом магниторезисторов, а вход выходом генератора, при этом один из ажимов магниторезистора подключен к входу избирательного усилителя, а вход реверсивного источника тока соединен с выходом генератора, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР М 513332, кл. G 01 R 33/02, 05.05.76.

2. Вайсе Г. Физика гальваномагнитных полу проводниковых приборов и их применение, M., "Энергия", 1974, с. 277-278.. Фис-1

Составитель Л. Воронина

Техред Эяужик

Корректор. В. Бутяга

Редактор Л. Гельфман

1-.

Тираж 1073 Подписное

11НИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Закаэ -7583/43

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4