Способ определения индукции магнитного поля в зазоре магнитопровода Советский патент 1991 года по МПК G01R33/07 

Изобретение относится к магнито- измерительной технике и может быть применено в различных приборах и устройствах для прецизионного измерения магнитных величин.

Целью изобретения является повышение точности определения индукции в зазоре магнитопровода.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, реализующего данный способ определения индукции в зазоре магнитопровода; на фиг. 2 - временныеж диаграммы работы блока управления устройства; на фиг. 3 - блок-схема счетчика и дешифратора блока управления устройства; на фиг. 4 - схематично изображен (4а) датчик Холла и Показано расположение индукционной катушки (4б) на датчике Холла.

Устройство, реализующее способ определения индукции в зазоре маг- нитопровода (фиг. 1), состоит из датчика 1 Холла, стабилизатора 2 тока, индукционной (дополнительной) катуш-, ки 3, намотанной на датчик 1 Холла, источника 4 питания, преобразователя 5 напряжение-код, реверсивных счетчиков 6, 7, групп элементов 2-2-2И- ЗИЛИ 8, 9, делительного устройства 10, регистра 11, цифрового отсчет- ного устройства 12, двоично-десятичного дешифратора 13, блока 14 управления.

Блок 14 управления состоит из генератора 15 импульсов, счетчика 16, элемента ИЛИ 17, триггера 18, элемента ИЛИ 19-, выключателей 20, 21, элемента И 22 и дешифратора 23.

о оо оо

ГС

Токовый электрод датчика 1 Холла соединен со стабилизатором 2 тока. Потенциальный электрод датчика 1 Холла соединен с первым входом преобразователя 5 напряжение-код„

Обмотка индукционной (дополнительной) катушки 3 соединена с источником 4 питания, вход которого соединен с первым выходом блока 14 управления.

Второй вход преобразователя 5 напряжение-код соединен с вторым входом блока 14 управления, Первый выхо преобразователя 5 напряжение-код соединен с первыми входами реверсивных счетчиков 6, 7, второй его выход - с первым входом группы элементов 2-2- 2И-ЗИЛИ 8.

Второй вход реверсивного счетчика 6 соединен с вторым входом реверсивного счетчика 7 и третьим выходом блока 14 управления. Третий вход реверсивного счетчика 6 соединен с третьим входом реверсивного счетчика 7 и четвертым выходом блока 14 управления. Четвертый вяод реверсивного счетчика 6 соединен с пятым выходом блока 14 управления. Выход реверсивного счетчика 6 соединен с первым и вторым входами элеме итов 2-2-2И-ЗИЛИ

Четвертый вход реверсивного счет- чика.71 соединен с шестым выходом блока ,14 управления,, Выход реверсивного счетчика 7 соединен с вт орым входом группы элементов .- -2Р- ЗИЛИ В,

, л

Третий вход группы элементов 2-2™ 2И-ЗШ1И 8 соединен с выходом регис т1- ра И.

Четвертый вход группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 8 соединен с седьмым выходом блока 14 управления. Пятый вход группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 8 соединен с восьмым ныходом блока 14 управления. Шестой ккод группы элементов 2-2-2И-ЗИЛМ 8 соединен с девятым выходом блока 14 управления. Выход группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 8 соединен с первым входом делительного устройства |0.

Третий вход группы элементов 2--Z- 2И-ЗШШ 9 соединен с выходом делител ного устройства IG, первыми входами регистра 11 и двоично-десятичного дешифратора 13, Четвертый BYод грут- пы элементов 2-2-2И--ЗИЛИ 9 соединен с десятым выходом блока 14 управления. Пятый вход группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 9 соединен г одиннадца0

5

0

5

0

5

О

5

0

5

тым выходом блока 14 управления. Шестой вход группы элементов 2-2-2И- ЗИЛИ 9 соединен с двенадцатым выходом блока 14 управления. Выход группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 9 соединен с вторым входом делительного устройства 10.

Третий вход делительного устройст- ва 10 соединен с тринадцатым выходом блока 14 управления, Четвертый вход делительного устройства 10 соединен с четырнадцатым выходом блока 14 управления.

Третий вход регистра 11 соединен с пятнадцатым выходом блока 14 управления. Четвертый вход регистра 11 соединен с шестнадцатым выходом бло- t ка 14 управления.

Цифровое отсчетное устройство 12 соединено с выходом двоично-десятичного дешифратора 13. Второй вход дво ично-десятичного дешифратора 13 динен с семнадцатым выходом блока 14 управления,

Выходы дешифратора 23 с первого по семнадцатый соединены соответственно с выходами с первого по семнадца- тый блока 14 управления. Восемнадцатый выход дешифратора 23 соединен с первым БАОДОМ элемента ИЛИ 17. Девятнадцатый выход дешифратора 23 соединен с вторым входом элемента ИЛИ 17.

Выход генератора 15 импульсов соединен с первым входом элемента И 22. Второй вход элемента И 22 соединен с выходом триггера 18, Выход элемента И 22 соединен с первым входом счетчи- ка 16. Второй вход счетчика соединен с первым входом элемента ИЛИ 19 и первым входом выключателя 21, Выход счетчика 16 соединен с входом дешифратора 23.

Выход элемента ИЛИ 17 соединен со счетным входом триггера 18, нуле- , вой вход которого соединен с выходом , элемента ИЛИ 19.

Второй вход элемента ИЛИ 19 соединен с первым входок выключателя 20. Вторые входы выключателей 20, 21 соединены с общей шиной.

Работа измерителя магнитной нндук- ции реализующего данный способ определения индукции в зазоре магнито- провода,, происходит в несколько тактов коммутации.

При нажатии кнопки выключателя 21 устройство устанавливается в исходное i состояние. При этом счетчик 16 обнуляется , а триггер 18 выдает разре5 16

тающий потенциал на элемент И 22. Через элемент И 22 на вход счетчика 16 начинают поступать сигналы с генератора 15 импульсов. Дешифратор 23 анализирует состояние счетчика 16 и выдает управляющие сигналы на все блоки устройства.

Сигнал, поступающий с выхода блока 14 управления, устанавливает в ну- левое состояние реверсивные счетчики б, 7. С выхода блока 14 управления выдается сигнал, подготавливающий к работе делительное устройство 10. Сигнал, поступающий с выхода блока- 14 управления, устанавливает в нулевое состояние регистр 11.

В первом такте датчик 1 Холла находится в зазоре магнитопровода некоторое время, достаточное для того чтобы во всем объеме измерительного зонда с датчиком 1 Холла установилась температура исследуемого объекта, выдерживаемая возле объекта измерения. В это время на датчик 1 Холла действуют два постоянных магнитных поля: измеряемое с индукцией В и дополнительное с индукцией , создаваемое индукционной катушкой 3, намотанной на датчик 1 Холла, при протекании тока черес- катушку 3 от источника питания.

Выходной сигнал датчика 1 Холла, пропорциональный сумме величин В+Вйщ, поступает на преобразователь 5 напряжение - код. Аналого-цифровое преобразование в преобразователе 5 происходит по сигналам, поступающим на вход преобразователя 5 с выхода блока 14 управления. Аналоговый сиг- нал датчика 1 Холла преобразуется в число импуьсов, которые поступают с преобразователя 5 на счетный вход реверсивного счетчика 6, считающего в прямом направлении

N -SInK(B+B9|U),

где S - чувстви ельность датчика

Холла;

1П - ток питания датчика Холла; К - коэффициент преобразования

преобразователя 5 напряжение код.

Управление реверсом счетчика 6 осуществляется сигналом, поступающим с выхода блока 14 управления. Разрешение на поступление импульсов с преобразователя 5 на счетный вход реверсивного счетчика 6 выдается по сиг-

2

0 5 о

,, 5

Q

,

5

116

narfy, поступающему с выхода блока 14 управления.

Во второй такт коммутации на датчик 1 Холла действует только измеряемое магнитное поле с индукцией В, поскольку сигнал, поступающий с выхода блока 14 управления,отключает источник 4 питания, разрывая цепь питания. При этом через индукционную катушку 3 не протекает ток, который формирует дополнительное магнитное поле В, . Выходной сигнал датчика 1 Холла, пропорциональный магнитной индукции В, поступает на преобразователь 5 напряжение - код, откуда в виде последовательности импульсов - ка реверсивный счетчик 6, считающий з обратном направлении. В результате после второго такта реверсивный счетчик 6 фиксирует число импульсов, пропорциональное индукции Eg/ц дополнительного магнитного поля, создаваемого индукционной катушкой 3 при размещении датчика 1 Холла в зазоре магнитопровода,

VSInK( Одновременно в выходном регистре преобразователя 5 напряжение - код установится код NJ, соответствующий В,

N3 SInKB.

В конце второго такта коммутации по сигнапу, поступающему с выхода блока 14 управления, срабатывает группа элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 8, код К4 с выхода преобразователя 5 напряжение - код поступает на первый вход делительного устройства 10 по сигналу, поступающему с выхода блока 14 управления, срабатывает элемент 2-2-2П-ЗИЛК 9, и код N,, с выхода реверсивного счетчика 6 поступает на второй вход делительного устройства 10.

По сигналу, поступающему с выхода блока 14 управления, в устройстве 10 деления осуществляется деление ко-1 да К з на код N,. Результат деления,

к- Я ъ K lSbiK§ v B ф % SInKBg - К В ,

поступает в регистр 11 по сигналу, формируемому на выходе блока 14 управления.

Во втором такте коммутации, когда появляется сигнал на выходе дешифратора 24, срабатывает элемент ИДИ 17 и выдает сигнал на счетный вход триггера 18. Триггер 18 переходит в единичное состояние и выдает запрещающи потенциал на элемент И 22, В результате на вход счетчика 16 перестают поступать счетные импульсы с генератора 15. Затем датчик 1 Холла удаляется из зазора магнитопровода с магнитной проницаемостью /U и устанавливается в среде с магнитной проницаемостью ГЦ0 (воздухе) . Так как за время удаления датчика 1 Холла из зазор магнитопровода температура датчика не изменяется, то чувствительность датчика 1 Холла также не изменяется, т.е. остается равной S.

Затем нажимают выключатель 20 и начинается третий такт коммутации. При этом триггер 18 устанавливается в нулевое состояние и разрешает прохождение сигналов с генератора 15 импульсов через элемент И 22 на счетчик 16.

В третий такт коммутации на датчик 1 Холла действуют два магнитных поля: внешнее магнитное поле с индукцией Bv и дополнительное магнитное поле с индукцией Вллд.

Выходной сигнал датчика 1 Холла, пропорциональный сумме (В, +Вдя,) ,, по- ступает на преобразователь 5 напряжение - код, откуда в виде последовательности импульсов выдается на реверсивный счетчик 7Э считающий в прямом направлении.

В четвертый такт коммутации на датчик 1 Холла действует внешнее магнитное поле с индукцией BL, поскольку источник 4 питания, формирующий дополнительное магнитное поле с индукцией Вляд, откпючается за счет разрыва цепи протекания тока„ Выходной сигнал датчика 1 Холла, про™ порциональный индукции Bi внешнего магнитного поля, поступает на преобразователь 5 напряжение - код, откуда в виде последовательности импульсов - на реверсивный счетчик 7, считающий в обратном направлении, В результате после четвертого такта реверсивный счетчик 7 фиксирует число импульсов, пропорциональное индукции Влл| дополнительного магнитного поля, создаваемого индукционной катушкой 3,

VsV«VV SIAK KSI Va-

В коние четвертого такта коммутации по сигналу, поступающем/ с выхода

5

0

5

0

5

блока 14 управления, срабатывает группа элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 8, и код Ng с реверсивного счетчика 7 поступает на первый вход делительного устройства 10. По сигналу, поступающему с выхода блока 14 управления, срабатывает элемент 2-2-2И-ЗИЛИ 9, и код Ng с реверсивного счетчика 6 поступает на второй вход делительного устройства 10.

По сигналу, поступающему с выхода блока 14 управления, в устройстве 10 деления осуществляется деление кода N на код Ng. Результат деления

N NЈ К81йВ|й, Bfl(we I N NЈ S К5ТМВЗГГК В -К Р

где Р - поправочный коэффициент, характеризующий влияние магнитопровода с магнитной проницаемостью 1Ц на поле, создаваемое катушкой 3,

поступает через группу элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 8 на второй вход делительного устройства 10 по сигналу, формируемому на выходе блока 14 управления.

На первый вход делительного устройства 10 через элемент 2-2-2И-ЗИЛИ 8 поступает код N с регистра 11.

По сигналу, поступающему с выхода блока 14 управления, в устройстве 10 деления осуществляется деление кода N на код N .

Результат деления

0

5

В

N К - 8 Е№

К i 5

Р V

5

5зЈ° L-

V V°

пропорционален индукции В в зазоре магнитопровода и не зависит от магнитной проницаемости магнитопровода. Если индукция Вд/уо дополнительного магнитного поля равна единице измереВ

ния, то результат измерения --9РЧ

0

определяется в единицах магнитной индукции.

Формула изобретения

Способ определения индукции магнитного поля в зазоре магнитопровода, заключающийся в воздействии на маг- ниточувствительный элемент магнитного поля В в зазоре с магнитной проницаемостью |К , воздействии дополнительного магнитного поля, кодировании амплитуд ЭДС, пропорциональных индук

16

ции основного магнитного поля и сумме индукций основного и дополнительного магнитных полей, запоминании их, определении величины дополнительной ЭДС, пропорциональной индукции основного и дополнительного магнитных полей, .определении относительного значения магнитной индукции как частного v от деления индукции основного и дополнительного магнитных полей, запоминании; ее, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, воздействуют на маг- ниточувствительный элемент внешним магнитным полем в среде с магнитной проницаемостью |U0, кодируют и запоминают амплитуды ЭДС, пропорциональные внешнему магнитному полю и сумме внешнего и дополнительного магнитного полей в зазоре с магнитной прони

1i)

5

0

цаемостьп |Ц) определяют неличину дополнительной ЭДС, пропорциональной разности ЭДС от индукции Б п внешнего магнитного поля и суммы индукций дополнительного магнитного поля с маг- нитной проницаемостью ец и с магнитной проницаемостью JUQ , определяют относительное значение индугдии дополнитель- ного магнитного поля кг к частное от деления дополнительных магнитных полей в среде с магнитной проницаемостью цд и Я(0, запоминают его и определяют значение индукции магнитного поля в зазоре по формуле

В р - , где р - частное от деления

отн

н

индукций дополнительного магнитного поля в среде с магнитной проницаемостью (U и с магнитной проницаемостью

(U0(И и

Изобретение относится к магнито- измерительной технике и может быть использовано в приборах и устройствах для прецизионного измерения магнитных величин. Цель - повышение точности определения индукции- в зазоре магнитопровода. Способ реализован в устройстве. Для достижения цели на магниточувствительный элемент воздействуют внешним магнитным полем (МП) в среде с магнитной проницаемостью (Ц0 кодируют и запоминают амплитуды ЭДС, пропорциональные внешнему МП и сумме внешнего и дополнительного МП в зазоре с магнитной проницаемостью m , определяют величину дополнительной ЭДС, пропорциональной разности ЭДС от индукции внешнего МП и суммы индукции дополнительного МП, как ча- ( стное от деления дополнительных МП в среде с магнитной проницаемостью |И и fUg, запоминают его и определяют значение индукции МП в зазоре по формуле, приведенной в описании изобретения. 4 ил. с S (Я

С

-

&ам -ЛПЛЛЛШгПЛШигштПЛЛЛЛ

2pa.w8 Г JГLГ S J UГ J UЛJ LГLГLn-. П П П

йод

№.J

if$