Измеритель электродвижущей силы Холла Советский патент 1983 года по МПК G01R33/07 

Изобретение относится к технике измерения истинного значения ЭДС Холла и предназначенно для использо, вания в магнитоизмерительной аппаратуре, в частности для построения измерителей.параметров постоянных, переменных и импульсных магнитных поПо.основному,авт. св. № 883817 известен измеритель электродвижущей силы Холла содержит датчик Холла с двумя парами противоположных электродов, подключенный к переключателю последовательно соединенные источник питания/ умножитель (делитель частот ты), синхронный детектор, фильтр ниж них частот и амплитудный Детектор, индикаторный прибор, переключатель тока г подключенный к умножителю, источнику питания и через два понижающих трансформатора к датчику Холла, регистратор/ подключенный к выходу фильтра. С целью автоматического устранения погрешности от напряжения неэквипотенциальности, переключатель поочередно подключает одну из пар противоположных электродов к входу синхронного детектора, а переклточаг тель тока подключает другую пару элек тродов к выходу источника йитания. Коммутация пар электродов производится таким образом, что напрялсение неэкви потенциальности на выходе синхронног детектора изменяет свой знак с часто той коммутации пар противоположных электродов, а ЭДС Холла не изменяет своего знака. Это позволяет осуществнть частотное разделение напряясёния неэквипотечдиальности и .ЭДС ХОлла, для чего используется фильтр нижних частот, подключенный к выходу синхронного детектора. Использование понижающих трансформаторов позволяет значительно уменьшить величину кбммутацибнных всплесков, имеющих место при работе коммутатора тока f . . Однако возможности измерения индукции слабых постоянных и переменны магнитных полей таким устройством ограничены присущими ему недостаткам При подключении пар Холловских элект родов к входу синхронного детектора одновременно с ЭДС Холла на вход пос леднего поступают напряжения, изменяющиеся с частотой тока питания. Это связано с тем, что в любой момен времени одна из пар противоположных .электродов датчика Холла подключена через переключатель к входу синхрон ного детектора и параллельно каждой из пар электродов .включена вторичная обмотка одного ,из прнижающих трансформаторов. При подключении вто ричной обмотки трансформатора к входу синхронного детектора переключате тока должен обеспечить отсутствие на ряження источника питания на его первичной обМотке. Однако используемым переключате- лем тока, выполненным на полупроводниковых элементах, свойственно наличие остаточных параметров: обратного сопротивления, обратного паразит ного тока, остаточной паразитной ЭДС, которые приводят к появлению на первичной обмотке напряжения, изменяющегося с частотой источника питания. Это напряжение поступает во вторичную обмотку благодаря как индуктивной, так и емкостной связи между обмотками, причем напряжение на вторичной обмотке, обусловленное емкостной связью, сдвинуто по фазе относительно тока источника питания на угол, близкий к 90° . напряжения с частотой источника питания, остаточные параметры переключателя тока обусловливают присутствие на первичной, а значит и на вторичной обмотке понижающих трансформаторов, прямоугольного напряжения, изменяющее гося с частотой переключения коммутатора тока, так называемого пьедеста ла . Указанные напряжения достигают значения сотен микровольт и более, что существенно ограничивает динамический диапазон измерения индукции переменных и постоянных магнитных полей в области слабых. (с индукцией около 1 т Т и менее) полей. Кроме указанных напряжений, при измерении индукции слабых переменных полей появляется аддитивная погрешность, обусловленная в основном шумами ко 1мутатора тока и переключа- . теля, причем эта аддитивная погрешность зависит от величины индукции измеряемого магнитного поля. Цель изобретения - расширение динамического диапазона и повышение точности измерения устройства. Поставленная цель достигается тем, что в измеритель, содержащий датчик Холла с.двумя парами противоположных электродов, подключенный к нему переключатель, соединённый с выходом ум ножителя частоты, синхронный детекг тор, вход которого подключен к Входу переключателя, и индикаторный прибор, переключатель тока, управляющая цепь которого подключена к умножителю частоты и к входу синхронного детектора , два понижающих.трансформатора, первичные обмотки которых связаны с переключателем тока, а вторичные подключены к парам противоположных электродов датчика Холла, последовательно соединенные фильтр нижних час тот, амплитудный детектор, подключенный к выходу синхронного детектора, и регистратор, подключенный к выходу фильтра, введены масштабный сумматор, первый, второй и третий входы которого подключены к выходам переключателя, источника питания и делителя частоты соответственно, а выход г к

входу синхронного детектора, два фазовращателя, вход каждого из которых подключен к одному из электродов в разных парах противоположных электродов датчика Холла, а выходы - к четвертому и пятому входам масштабного 5 сумматора, блок сравнения, один вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, а второй - к ис-точнику опорного напрАжения, ключ, один вход которого подключен к выходу 10 блока сравнения, а другой - к источнику компенсационного.напряжения, и сумматор, входы которого подключены к выходам амплитудного детектора и ключа, а выход - к входу индикатор- 15 ного прибора.

На фиг. 1 представлена функциональ ная схема устройстваj на фяг. 2 зависимость напряжения от индукции в амплитудном детекторе и сумматоре. п

Измеритель (фиг. 1) содержит 1 Холла с двумя парами противоположных электродов 2, 3 и 4, 5, понижающие трансформаторы б и7, пере ключатель 8, два фазовращатели 9 и 1Оммасштабный сумматор 11, синхронный детектор 12, фильтр 13 нижних частот, регистратор -14, амплитудный детек тор 15, блок 16 сравнения, ключ 17, сумматор 18, индикаторный прибор 19, коммутатор 20 тока, источник 21 пита-30 ния, делитель 22 частота.

Устройство работает следующим образом.

В любой момент времени одна из пар противоположных электродов 2, 35 3 и 4, 5 датчика 1 Холла через соответствующий понижающий трансформатор и коммутатор 20, тока подключена к источнику 21 питания, а другая Пара через переключатель 8 и масштабный 40 сумматор 11 - к входу синхронного детектора 12, причем подключение пар электродов производится поочередно и таким образом, что на входе синхронного детектора напряжения неэкви-45 потенциальности изменяют свою фазу на 180° после каждого переключений, а ЭДС Холла не изменяет фазы. Таким образом в устройстве используется свойство взаимности датчики Холла .по отношению к напряжению неэквипотенциальности и антивзаимности по отношению к ЭДС Холла, что позволяет получить на выходе синхронного детектора 12 напряжение неэквипотенциальности в виде переменного напряжения, изменяющегося с частотой коммутации пар электродов датчика Холла, а ЭДС Холла - в виде постоянного напряжения на выходе синхронного де-Г тектора при измерении индукции пос- 50 тоянных поЛей или в виде переменного , напряжения на выходе фильтра 13 нижних частот, закон изменения которопо соответствует закону изменения, измеряемой индукции переменного магнит- 5

ного поля. Устранение влияния напряжения с частотой тока питания на входе синхронного детектора 12, обусловленного емкостной связью между обмотками понижающих трансформаторов 6 и 7, происходит следующим образом.

Допустим, что пара электродов , 2, 3 датчика 1 .Холла подключена через понижающий трансформатор 6 и коммутатор 20 тока к источнику 21 питания, а пара электродов 4, 5 через переключатель 8 и масштабный сумматор 11к входу синхронного детектора 12. При этом Иа вход синхронного детектора поступает и напряжение с частотой тока питания/ обусловленное емкостной связью обмоток понижающего трансформатора 7. Для исключения этого напряжения на входе синхронного де- тектора напряжение со вторичной обмотки понижающего трансформатора 6 подается на вход фазовращателя 9, сдвигающего фазу указанного напряжения, таким образом, чтобы она отличалась от фазы напряжения, обусловленного межобмоточной емкостью, трансформатора 7 на . Масштаб суммирования этих двух напряжений выбирается из условия равенства их амплитуд, что позволяет практически полностью устранить напряжение, обусловленное, межобмоточнрй емкостью трансформатора 7 на входе синхронного детектора 12.

Аналогичным образом с помощью фазовращателя 10 и масштабного сумматора 11 устраняется напряжение, обусловленное межобмоточной емкостью трансформатора б при подключении к входу синхронного детектора пары электродов 4, 5 датчика 1 Холла С целью устранения напряжения пьедестала , на вход масштабного сумматора 11 подается прямоугольное напряжение с выхода делителя 22 частоты, изменяющееся с частотой коммутации . пар электродов датчика 1 , причем, так как напряжение пьедесталов при под ключ е.нииразных пар электро- . дов датчика Холла разные, то производится не устранение каждого из пьедесталов, а выравнивание их, т. е. благодаря подаче напряжения с выхода делителя частоты в определенной фазе и в определенном масштабе производится регулировка (поднятие или опускание ) одного изпьедесталов с целью установления его -равенства по величине и знаку нерегулируемому пьедесталу . Напряжение с частотой тока питания, поступающее на вход синхронногй детектора 12 благодаря индуктивной связи между обмотками понижающего трансформатора, отключенного в данный мсмлент от источника питания, устраняется в масштабной сумматоре подачей на один из его входов напряжения ис

ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ХОЛЛА по авт. св. № 883817, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона и повышения точности измерени устройства, в него введены масштабны сумматор, первый, второй и третийвходы которого подключены к выходам переключателя , источника питания и делителя частоты соответственно, а выход - Ко входу синхронного детектора, два фазовращателя, вход каждого из которых подключен к одному из электродов в разных парах противоположных электродов датчика Холла, а выходы - к четвертому и пятому входам масштабного сумматора, блок ср внения, один вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, а второй -.к источнику опорного напряжения, ключ, один вход которого подключен к выходу блока сравнения, а другой - к источнику компенсационного напряжения, и сумматор, входы которого подключены к выходам амплитудногоШ дет ектора и ключа ,v а выход - к входу индикаторного прибора.