Устройство для измерения индукции переменного магнитного поля Советский патент 1986 года по МПК G01R33/02 

с первым и вторым выходами счетно решающего блока, второй сумматор последовательно соединен с блоком -извлечения квадратного корня, выход которого соединен с третьим выходом

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности для измерений магнитной индукции переменного магнитного поля в широком диапазоне частот, и может быть использовано при точечных измерения магнитной индукции переменного магнитного поля.

Цель изобретения - повьшение точности измерений при контроле формы кривой измеряемой магнитной индукции.

На фиг,1 изобраясена схема предлагаемого устройства; на фиг,2 - временные диаграммы его работы.

Первый.выход генератора 1 прямо угольных импульсов через последовательно соединеннные преобразователь 2 Холла, широкополосный усилитель 3 и первый ключ 4 подсоединен к первому входу счетно-решающего блока 5, Одновременно широкополосный усилитель 3 через второй ключ 6 подключен к второму входу счетно-решающего блока 5. Первый и второй выходы счетно-решающего блока 5 подсоединены соответственно к входам первого 7 и второго 8 управляемых блоков запоминания, а их выходы - к третьему и четвертому входам счетно-решающего блока 5, Третий выход счетно-решающего блока 5 через третий ключ 9 подсоединен к первому входу блока 10 сравнения. Одновременно выход первого ключа 4 через устройство 11 задержки, а выход второго ключа 6 через управляемое устройство 12 задержки подсоединены соответственно к первому и второму входу первого двухвходо- вого сумматора 13, Выход первого сумматора 13 одновременно подсоединен к входу четвертого ключа 14 и через последовательно соединенные первый выпрямитель 15 и пятый ключ 16 - к второму входу устройства 10

счетно-фешающего блока, а входы второго сумматора соединены соответственно с третьим и четвертым входами счетно - решающего блока.

сравнения. Выход блока 10 сравнения одновременно подсоединен к входам

управления управляемого устройства 12 задержки и четвертого ключа 14,

выход которого подключен к регистрирующему блоку 17, Вторые входы первого и второго управляемых блоков 7 и 8 запоминания, первого и второго ключей 4 и 6 соединены со

вторым выходом генератора 1 прямоугольных импульсов непосредственно, а вторые входы третьего и пятого ключей 9 и 16 - через блок 18 задержки , При этом счетно-решающий

блок 5 содержит второй выпрямитель .

19 и первый квадратор 20, третий выпрямитель 21 и второй квадратор 22, а также второй сумматор 23 и блок 24 извлечения корня квадратного,

Таким образом, выход первого

ключа 4 через второй выпрямитель 19, первый квадратор 20, первый управляемый блок 7 запоминания подсоединен к первому входу сумматора 23, Выход

второго ключа 6 через третий выпрямитель 21, второй квадратор 22, второй управляемый блок 8запоминания подсоединен к второму входу сумматора 23, Выход второго сумма- тора 23 через блок 24 извлечения

корня квадратного подсоединен к входу третьего ключа 9,

Устройство работает следующим образом.

Преобразователь 2 Холла возбуждается прямоугольными импульсами тока (фиг, 2а), поступающими с генератора 1 прямоугольных импульсов. Выходное напряжение преобразователя 2 Холла усиливается широкополосным усилителем 3, в течение времени действия импульса тока возбуждения {от С, до ) с выхода преобразователя 2 Холла, на вход широкополосого усилителя 3 поступает напря-

жение и., определяемое полезным сигналом и напряжением индукционной наводки :

,,3ir,(2WV3ncl3 j

нтах

к mofX

где и,, - амплитудное значение ч.

напряжения индукционной

наводки;

и, - амплитудное значение напряжения Холла;

f - частота магнитной индукции;

t - время.

В течение времени действия импульса тока возбуждения первый ключ

4открыт и - выходное напряжение широкополосного усилителя 3. U,tj K.jUjtK, - коэффициент усиления усилителя) поступает на .первый вход счетно-решающего блока 5 (фиг.2&). Выпрямленное вторым выпрямителем

19 напряжение(фиг. 2 &)

XiMU,, «03- цедится в квадрат первым ратором 20, т.е. преобразуется в и в К (и„ ,, + и:„„ и через первый выход счетно-решающего блока

5поступает на управляемый от генератора 1 первый управляемый блок

7 запрминания. Напряжение на выходе второго №1прямителя 19 и первого квадратора 20 присутствует только в моменты времени действия импульса тока управления преобразователем 2 Холла, т.е. только в эти моменты времени выходное напряжение первого квадратора 20 пропорционально возведенному в степень 2 сигналу, равному сумме напряжений Холла и индукционных наводок. На выходе первого управляемого блока 7 запоминания присутствует напряжение и в течение всего периода работы генератора 1 (4мг.2 г ) . Второй ключ 6, управляемый от генератора 1, в течение времени действия импульса тока возбуждения закрыт. Во время отсутствия импульса тока управления широкополосным усилителем 3 усиливается только напряжение индукционных наводок lij в UH cos ZITf t, поступающее с выхода преобразовател 2 Холла (фиг.2 ) .Усиленное напряжение индукционных наводок через второй ключ 6 поступает на второй вход счетно Т)ешан1щего блока

7

1211678

5. Выпрямленное третьим выпрямителем

21(фиг.2е) напряжение ,K U, ,0, возводится в квадрат вторым квадратором 22. т.е. преобразуется в

5 через второй выход счетно-решающего блока 5 поступает на управляемый от генератора 1 второй управляем Й блок 8 запоминания . Напряжение на выходе .третьего

to выпрямителя 21 и второго квадратора

22присутствует только в моменты отсутствия импульса тока возбуждения преобразователя 2 Холла, т.е. только в эти моменты времени выход-

)5 ное напряжение второго квадратора 22 пропорционально возведенному в степень 2 напряжению индукционных наводок. На выходе второго блока 8 запоминания напряжение U - 20 присутствует в течение всего периода генератора 1 (фиг.2 Ж). Первый управляемый блок 7 запоминания приводится в нулевое состояние передним фронтом импульса тока генератора 1, 25 а второй управляемый блок 8 запоминания - задним фронтом. Выходные напряжения управляемых блоков 7 и 8 йоступают соответственно на третий и четвертый входы счетно-решают 2Q щего блока 5 (на входы второго суьг- матора 23). Во втором сумматоре 23 формируется разность напряжений, поступающих на его два входа с выходов блоков запоминания 11, 3, и,„,) - ,, К K,,j. Из э.той разности блоком 24 извлечения корня квадратного извлекается квадратный корень, в результате чего на выходе блока 24 формируется напряжение

и,К,К Uxmc,. K,,,(2)

где В д, - амплитудное значение измеряемой магнитной индукции;

G - коэффициент передачи преобразователя Холла пропорциональное только измеряемой магнитной индукции (фиг. 25). По окончании переходного процесса к третьему выходу счетно-решающего блока 5 третьим ключом 9, управляемым от генератора I прямоугольных импульсов через блок 18 задержки, подключается первый вход блока 10 55 сравнения. Время задержки выбирает-

40

45

50

ся из условия 1} ь„ , где с „ вре-

/

.мя переходного процесса;

время

задержки блока 18 задержки. Блок

in

10сравнения подключается на время

t - t, - (г- 2 U ) .

Одновременно в моменты действия мпульса тока управления, когда первый ключ 4 открыт, переменное апряжение U,ц через устройство 11 задержки поступает на вход первого сумматора 13. Устройство П задержки существляет задержку напряжения U, а время, равное длительности имульса тока управления (фиг.2 k ), то вызвано тем, что напряжение U,q. пропорциональное сумме полезного сигнала и индукционной наводке, а напряжение Ujy, пропорциональное только напряжению индукционной на водки, присутствуют на выходе преобразователя 2 Холла и широкополосого усилителя 3 в разные моменты времени. Время задержки устройства

11задержки равно времени длиельности импульса тока управения .

В паузу, когда ток управления преобразователя 2 Холла отсутствует, первый ключ 4 закрыт, второй ключ 6 открыт и управляемым устройством 12 задержки Осуществляется задержка (сдвиг) напряжения 0 . Необходимость управляемого устройства 12 задержки объясняется следующими причинами. В связи с тем, что напряжение индукционных наводок UjiUju) сдвинуто относительно по- лезного сигнала на угол , а зна- чение Ujll-iju) зависит от частоты измеряемой магнитной индукции, то фазовый сдвиг Cf между суммарным напряжением, определяемым индукционной наводкой и полезным сигналом U((U(|, )., и напряжением индукционной наводки UgCUju) не равен и зависит от частоты измеряемой магнитной индукции, Спедовательно, для вычитания переменного напряжения, пропорционального индукционной наводке из суммарного переменного напряжения, должен быть обеспечен сдвиг на угол cf . Только в этом случае может быть обеспечено уменьшение влияния индукционной наводки на результаты измерений. Но сдвиг этот, как сказано вьшхе непостоянен. Компенсация этого сдвига, т.е. обратный сдвиг, осуществляется управляемым устройством 12 задержки и напряжение Угц приходит к виду,

, iO

15

20

25

30

изображенному на фиг, 2л - напряжение Uju , .

Первым сумматором 13 напряжения U(u и U2U суммируется (вычитаются) и суммарное напряжение U, через первый выпрямитель 15 (фиг. 2м) и пятый ключ 16 поступает на второй вход блока 10 сравнения (фиг. 2 ц ).

В том случае, если значения напряжений (фиг. 2 и фиг. 2 н ) на двух входах блока 10 отличны друг от друга (это означает, что в выходном напряжении сумматора 13 присутствует напряжение индукционных наводок) блок 10 сравнения вырабатывает сигнал, под действием которого время задержки управляемого устройства 12 задержки изменяется до тех пор, пока не будет обеспечено равен ство входных напряжений блока 10 сравнения. Учитывая указанные требования к коэффициентам передачи . выпрямителей 15, 19 и 21, устройствам 11 и 12 задержки, сумматору 13, равенство входных напряжений сравнивающего устройства (устройства сравнения) 10 будет тогда, когда будет выполняться равенство

fа

,:со

ЬУ

arctg

Х max

где t

V

время задержки управляемого устройства задержки; 00 2i; f,

Только при выполнении указанных требований к устройствам 11 и 42 задержки, сумматору 13, выпрямителям 15, 19 и 21 установившееся состояние равновесия (равенство между входными сигналами сравнивающего устройства) будет соответствовать требуемому значению ,угла ср ,

Учитывая тот факт, что значение - н та прочих равных условиях возрастает пропорционально частоте измеряемой магнитной индукции, то в случае, если измеряемая магнитная индукция имеет сложную форму кривой, для высших гармонических составляющих управляемое устройство задержки, при прочих равных условиях должно обеспечивать больший эквивалентный фазовый ддвиг, в данном случае это необходимое условие выполняется, ибо при неизменном (установившемся, после уравновешивания) значение времени задержки ty,, увеличение частоты а приводит к увеличению

эквивалентного фазового сдвига согласно (o.JilL

т 0311,.

и н шах ЛУЗ

Равенство arctg -,

II

iJx man

при наличии высших гармонических составляющих выполняется приближен

UH max

Однако при

0,3 равенство

x max

выполняется с погрешностью не более (2-3)%. Таким образом, предлагаемое устройство уменьшает погрешность не менее, чем в 10 раз даже при изменении магнитной индукции при сложной форме кривой.

Равенство входных напряжений на входе сравнивающего устройства соответствует отсутствию напряжения индукционных наводок в выходном напряжении первого сумматора 13,

т.е. соответствует тому, что мгновенные значения выходного напряжения пропорциональны мгновенным значениям измеряемой магнитной индукции. Б это время четвертый ключ 14, управ-

ляемый сигналом, поступаюш 1м с блока 10 сравнения подключает к выходу первого сумматора 13 регистрируюший блок 17. Следовательно, на вход регистрирующего блока 17 поступает

напряжение, мгновенное значение

которого пропорционально мгновенному значению измеряемой магнитной индукции .

tu

Ти

Гг

ff7

3

J

1-f

- f

г

д

e ж 3 и

Х

/ Ч/ Ч/ V

2

WVb

J

А V

Х

u

V

Тз

fv-f3

3

Га

fi/

2

-zf

J

А V

Х

f -те

Га

К

t

A/

:

/X / Ч

ff

Гз

-Z

fj

Гд,

фие.2.