Цифровой измеритель магнитного поля

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ (61) Дополнительное к ввт. сеид-ву 748305 (22) Заявлено 19. 06. 78 (21) 2629477/18с присоединением заявки И9— (23) Приоритет

Опубликовано 30р681. Бюллетень М 24

Дата опубликования описания 300681

-; (51) М Кл.

G 01 R 33/02

Государственный комнтет

СССР по делам нзобретеннй н открытий

C53) УД (621 . 317 . 4 4 (088.8) (72) Авторы изобретения

A.A.Ïåâêî, М.М.Таран, О.T.×èãèðèí и Ю.Т.Чигир

1 "

1 (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для прецизионного измерения в широком! диапазоне индукции постоянных магнитных полей.

По основному авт.св. 9 748305 известны цифровые измерители, предназначенные для измерения в широком диапазоне индукции постоянных магнитных полей, состоящие из датчика Холла (ДХ), источника переменного тока питания ДХ, дополнительной катушки, в поле которой находится ДХ, источника постоянного тока для питания обмотки дополнительной катушки, по- 15 следовательно соединенных с датчиком

Холла управляемого делителя, преобразователя "Напряжение-код" и реверсивного счетчика, делительного устройства, включенного между нреобразова- 20 телем и цифровым отсчетным устройством блока управления, связанного с цифровым отсчетным устройством,преобразователем ."Напряжение-код", реверсивным счетчиком, делительным 25 устройством, второй вход которого подсоединен к выходу реверсивного счетчика и источником постоянного тока, а также фаэовым элементом, входы которого связаны с ДХ и управляе- 30 ым делителем, и триггером полярности, подключенным ко второму входу управляемого делителя. Цикл измерения в данном устройстве состоит иэ двух тактов. В первом такте на ДХ одновременно воздействуют два постоянных магнитных поля: измеряемое В!!рм и дополнительное В о!,, создаваемое источником постоянного тока дополнительной катушки, в которой находится

ДХ. Выходной сигнал датчика, пропорциональный cyrus.!å величин магнитных индукций (В„ „., + Вддп ), поступает на преобразователь "Напряжение-код", откуда в виде последовательности импульсов выдается на реверсивный счетчик, считающий в прямом направлении. Во втором такте на ДХ действует только измеряемое магнитное поле B„> .

Выходной сигнал датчика, пропорциональный измеряемой магнитной индукции В!! „, поступает на преобразователь "Напряжение-код", откуда в виде последовательности импульсов выдается на реверсивный счетчик, считающий в обратном направлении. В результате после второго такта реверсивный счетчик фиксирует число импульсов N< пропорциональное дополнительному магнитному полю Вдоп =(Виьк+ Вдоп) — 8u

842648

t с одновременно в"выходном регистре.прео бразователя "Напряжение-код" устанар и вливается код N, соответствующи

g Р в х измеряемой индукции В . После дву тактов измерения на входы делительного устройства поступают числа N< с выходного регистра преобразователя 5

"Напряжение код" и й„ ; с реверсивного счетчика. После поступления управ ляющего сигнала от устройства управления делительное устройство оверша. . ет операцию деления числа и на чис10 ло й., Результат деления, равный

4 з < з Вдor доп где S — удельная чувствительность к индукции ДХ;

К - коэффициент передачи схемы; амплитуда тока питания ДХ, не зависит от удельной чувствительности ДХ к индукции„ его тока, питания и коэффициента передачи схемы. Если значение индукции дополнительного магнитного поля принять за единицу измеряемой величины, то результат де- 2 ления будет пропорционален измеряемой магнитной индукции (11 .

Недостатком данного устройства является зависимость результатов измерения от направления измеряемого 30 магнитного поля и недостоверность результатов измерения при несовпадающих по направлению измеряемого и дополнительного магнитных полей, а также при превышении индукцией допол-Я нительного магнитного поля В,,„индукции измеряемого магнитного поля

НиЗм .

В этом случае реверсивный участок во втором такте измерения зафиксирует результат, который не будет пропорционален дополнительному магнитному полю

Q=SKgv(8@on 8и м) 8" тризн=

=8" 8дсп- п8иэм 4$ в результате чего после операции деления прибор выдает недостоверный результат измерения.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель, содержащий

ПХ, источник переменного тока для питания ДХ, дополнительную катушку, в поле которой находится ДХ, источник постоянного тока для питания обмотки дополнительной катушки, управляемый делитель, фазовый элемент, триггер полярности,,преобразователь " Напряжение-код", реверсивный счетчик, делительное устройство, цифровое отсчетное устройство и блок управления в котором ДХ через управляемый делитель подключен к преобразователю

"Напряжение-код", первый выход которого подключен к первому входу делительного устройства, второй выход через реверсивный счетчик — к второму входу делительного устройства,выход подключен к цифровому отсчетному устройству, первый вход фазового элемента соединен с выходом датчика Холла, второй выход — с выходом источника переменного тока, подключенному к датчику Холла, а выходы соответственно соединены с нулевыми единичным входами треггера полярности, выход которого подключен к управляющему входу управляемого делителя, блок управления соединен с преобразователем "Напряжение-код", реверсивным счетчиком, делительным устройством и источником постоянного тока, дополнительно вводятся три триггера, элемент ИЛИ, шесть элементов И и триггер со счетным входом, выход которого соединен с управляющим входом реверсивного счетчика, счетный вход через первый элемент И вЂ” с блоком управления, нулевой вход через элемент ИЛИ и второй элемент И вЂ” с нулевым входом триггера полярности, единичный вход через третий элемент И вЂ” с единичным входом триггера полярности, единичный вход первого триггера через четвертый элемент И подключен к единичному входу триггера полярности, единичный вход второго триггера через пятый элемент И подключен к нулевому входу триггера полярности, шестой элемент И включен между выходами первого и второго триггеров и единичным входом третьего триггера, первый выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, а второй выход — со вторыми входами первого, второго и третьего элементов И,причем блок управления соединен с нулевыми входами трех триггеров, вторыми входами четвертого и пятого элементов И и третьими входами второго и третьего элементов И.

На чертеже представлена блок-схеМа цифрового измерителя магнитного поля.

Устройство состоит из датчика

Холла 1, источника 2 переменного тока, источника 3 постоянного тока,до полнительной катушки 4, управляемого

Целителя 5, фазового элемента 6, триггера 7 полярности, преобразователя

"Напряжение-код" 8, реверсивного счетчика 9, делительного устройства 10, цифрового отсчетного устройства 11, блока 12 управления, триггера 13 со счетным входом, элемента ИЛИ 14, элементов И 15-20, триггеров 21-23.

Устройство работает следующим образом.

Фазовый элемент 6 в зависимости от направления магнитного поля, действующего на датчик Холла 1, устанавливает триггер 7 полярности в определенное состояние. Например, 84?648

55 б0 б5 при положительном направлении магнитного поля управляющий сигнал с фазового элемента б поступает на единичный вход триггера 7. Триггер 7 полярности выдает на управляемый делитель 5 сигнал, который устанавливает

его в состояние, соответствующее поттожительному направлению магнитного- поля.При отрицательном направлении

:магнитного поля управляющийсигнал с фазового элемента б поступает на нулевой вход триггера 7 полярности, который устанавливает управляемый делитель 5 в состояние, соответствующее отрицательному направлению магнитного поля. . Если при отрицательном направлении магнитного поля чувствительность датчика Холла больше, чем при положительном, то коэффициент передачи управляемого делителя при отрицательном направлении магнитного поля будет меньше единицы при условии,что при положительном направлении он принят за единицу. При обратном соотношении коэффициент передачи при отрицательном .направлении магнитного поля будет больше единицы.

Работа устройства происходит в два такта. В первом такте на ДХ 1 действуют одновременно два постоянных магнитных поля: измеряемое Ви м и дополнительное Вддд . Во втором такте на ДХ действует только измеряемое поле В»эм . В зависимости от соотноше. ния измеряемого и дополнительного магнитных полей и их направления возможны четыре варианта работы:

В„ м > Flop Ви м и Вд >псовпадают по направлению;

Вд м ) В4оп, ВИЗм и В >о„не совпадают по направлению;

Ви м < Bpon Вирм и В п совпадают по направлению>

В»ЭМ < В4оп > Виэм и Byron не совпадают по направлению.

Анализ этих условий показывает, что в первом, втором и третьем случаях магнитное поле в первом и втором тактах не изменяет своего направления. В четвертом случае направление магнитного поля, действующего на

ДХ в первом такте, не совпадает с направлением магнитного поля во втором такте. При наличии первого и третьего условия работа измерителя происходит следующим образом.

В первом такте на ДХ одновременно действуют два постоянных магнитных поля В4 и В„, Дополнительное магнитное поле создается дополнительной катушкой

4, в поле которой находится ДХ 1.

По обмотке дополнительной катушки протекает ток от источника 3 постоянного тока. Выходной. сигнал ДХ 1 через управляемый делитель>5, пропорциональный сумме виличин (Виэм+ Вдбп) поступает на преобразователь "Напряжение-код" 8, откуда в виде последовательности.импульсов поступает на

5 (О

50 реверсивный счетчик 9, который в первом такте работает на сложение, Ðåжим работы реверсивного счетчика определяется состоянием фазового элемента б. При совпадающих по направлению магнитных полях В„ „и Вд »> (например, при положительном направлении дополнительного магнитного поля В., сигнал начальной установки, поступающий на вход элементов И 15 и

1б, проходит через элемент И 15, элемент ИЛИ 14 на нулевой вход триггера 13 реверса. В этом случае тгиггер 13 реверса выдает такой управляющий сигнал на реверсивный счетчик

9, при котором он работает на сложение. Реверсивный счетчик 9 зафиксирует код, пропорциональный сумме магнитных индукций измеряемого и магнитных полей

= (Виэм Вдов>

Во втором такте на ДХ 1 действует только измеряемое магнитное поле В„эм, так как блок 12 управления выключает йсточник 3 постоянного тока. Выходной сигнал ДХ 1 через управляемый делитель 5, пропорциональный магнитной индукции В»эм, поступает на преобразователь "Напряжение-код" 8, откуда в виде последовательности импульсов пОступает на реверсивный счетчик 9. Во втором такте реверсивный счетчик 9 работает на вычитание.

Изменение направления счета происходит по сигналу, поступающему через элемент И 17 на счетный вход триггера 13 реверса. В результате после второго такта реверсивный счетчик 9 зафиксирует число импульсов N>,пропорциональное индукции дополнительного магнитного поля Bggn (Ъф Аоп) 5 К >п Виэм 5 К rn» = e „s- к

После двух тактов измерения на входы делительного устройства 10 поступают числа N3 с выходного регистра преобразователя "Напряжение-код"

8 и N>- с реверсивного счетчика 9.

После поступления управляющего сигнала с блока 12 управления делительное устройство 10 совершает операцию деления числа N>Ha число М

Результат деления, рЛвный (3 8 к. ra Ьи м Ьи м

Ng 5 К 3 „" e*gp ЬДоп не зависит от удельной чувствительности датчика Холла к индукции, его тока питания, коэффициента передачи схемы. Если значение индукции дополнительного магнитного поля Вд< прим и нять за единицу. измеряемой величины, то результат деления будет пропорционален измеряемой магнитной индукции

Ви . При наличии этого условия (при положительном направлении дополнителъногомагнитного поля)сигнал началь.

842648 ной установки проходит через элемент

И 16 на единичный вход триггера 13 реверса. В этом случае триггер 13 реверса в первый такт измерения выдает управляющий сигнал, по которому реверсивный счетчик 9 работает на вы читание и зафиксирует отрицательное число М„, пропорциональное разности магнитных индукций измеряемого и дополнительного палей

М = - (Взм+ Ъои)В K l - !О

Во втором такте реверсивный счетчик 9 работает на сложение и в результате после второго такта зафиксиру. ет число импульсов М,2, пропорциональное дополнительному магнитному полю 15 („-В„ „) S К l + Внм4

Вдоп 5 K 1„, - Вд „.5 К 1тл,и„ъ4 " 4 — В у S" К Irwin Ъ

Дальнейшая работа устройства ничем не отличается от ранее описанной 2О работы при наличии первого условия.

При наличии четвертого условия (при положительном направлении дополнительного магнитного поля) сигнал начальной установки проходит 25 через элемент И 15 и элемент ИЛИ 14 на нулевой вход триггера 13 реверса.

В этом случае триггер 13 реверса выдает управляющий сигнал, по которому реверсивный счетчик 9 работает на сложение. Реверсивный счетчик 9 зафиксирует код И„, пропорциональный разности магнитных индукций дополнительного и измеряемого полей — (ВдОп — ВиЗм) S K I гп

Во втором такте измерения изменяется направление магнитного поля, действующего на датчик Холла 1 . В этом случае управляющий сигнал с фазового элемента 6 проходит через элемент И 18 на единичный вход триг- 40 гера 21. При этом срабатывает триггер 23, так как íà его единичный вход поступает сигнал с элемента И

20, срабатывание которого обусловлено тем, что триггер 22 находится в едийичном состоянии по сигналу, про° шедшему в первый такт с фазового эле мента 6 через элемент И 19. Управляющий сигнал с выхода триггера 23 запрещает прохождение сигналов через элементы И 17, 15 и 16, а сигнал, поступающий через элемент ИЛИ 14 на триггер 13 реверса устанавливает его в такое состояние, при котором реверсивный счетчик 9 во втором такте работает на сложение.

В результате после второго такта реверсивный счетчик 9 зафиксирует число импульсов N <, пропорциональное дополнительному магнитному полю.

1 АОп идти) т++ èçì п

=б З К д-8 -В К 3 +ВиЗм " rn доп Ф иЗм т

=B„, S КД

Дальнейшая работа измерителя происходит таким же образом, как в рассмотренных ранее случаях.

Формула изобретения

Цифровой измеритель магнитного поля по авт.св. Р 748305, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены три триггера, элемент ИЛИ, шесть элементов И и триггер со счетным входом, выход которого соединен с управляющим входом реверсивного счетчика, счетный вход через первый элемент И вЂ” с блоком управления, нулевой вход через элемент ИЛИ и второй элемент И вЂ” с нулевым входом триггера полярности, единичный вход через третий элемент Ис единичным входом триггера полярности, единичный вход первого триггера через четвертый элемент И подключен к единичному входу второго триггера полярности, единичный вход второго триггера через пятый элемент И подключен к нулевому входу триггера полярности, шестой элемент И включен между выходами первого и второго триггеров и единичным входом третьего триггера, первый выход которого соединен со вторым входом элемента

ИЛИ, а второй выход — с вторыми входами первого, второго и третьего элементов И, причем блок управления соединен с нулевыми входами трех триггеров, вторыми входами четвертого и пятого элементов И и третьими входами.второго и третьего элементов И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 748305, кл.G 01 R 33/02, 1978.

842648

Составитель E.Äàíèëûíà

Редактор Л.Филь ТехредН.Ковалева Корректор,Г. Решетники

Заказ 5090 53 Тирам 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

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