Цифровой измеритель магнитной индукции Советский патент 1992 года по МПК G01R33/07 

to

Изобретение является дополнительным к авт.св, № 347704, относится к области магнитных измерений и может быть использовано для прецизионного измерения в luwpOKOM динамическом диапазоне индукции постоянных магнитных полей,

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На чертеже приведена блок-схема цифрового измерителя магнитной индукции.

Цифровой измеритель магнитной индукции состоит из датчика Холла 1, стабилизатора тока 2, индукционной, намотанной на датчик Холла, катушки 3, источника питания 4, преобразователя напряжение-код 5, реверсивного счетчика 6, триггера реверса 7, трупп элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 8,9, блока делителя 10. регистра 11, цифрового отсечного устройства 12, двоично-десятичного устройства 12, двоично-десятичного дешифратора 13, блока управления 14 и элемента И 15.

Блок управления 14 состоит из генератора импульсов 16, элемента И 17, счетчика 1R. ялемента ИЛИ 19, триггера 20, элемента ИЛИ 21, выключателей 22, 23 и дешифратора 24.

Токовые электроды датчика Холла 1 соединены со стабилизатором тока 2. Потенциальные электроды датчика Холла 1 соединены с сигнальным входом преобразователя напряжение-код 5. Обмотка индукционной катушки 3 соединена с источником питания 4. Кодовый выход преобразователя напряжение-код 5 соединен с первым входом группы элементов 2-2-2И-ЗИЛ1/1 8. Выход счетных импульсов преобразователя напряжение-код 5 соединен с счетным входом реверсивного счетчика 6. Вход реверса реверсивного счетчика б соединен с выходом триггера реверса 7. Счетный вход триггера реверса 7 соединен с выходом элемента И 15.

Кодовый выход реверсивного счетчика 6 соединен с вторым входом группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 8, с входом элемента И 15 и с первым и вторым входами группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ. Третий вход группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 8 соединен с выходом регистра 11. Выход группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 8 (параллельный код) соединен с первым входом блока деления 10, второй вход которого (параллельный код) соединен с выходом группы элементов 2-22И-ЗИЛИ 9. Третий вход(параллельный код) группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 9 соединен с выходом блока деления 10, входом регистра 11, и входом двоично-десятичного дешифратора 13. Выход двоично-десятичного дешифратора 13 (параллельный код) соеди;

ней с входом цифрового остаточного устройства 12,

Первый выход блока управления 14 соединен с управляющим входом источника 4.

Второй выход блока управления 14 соединен с упрааляющим входом реверсивного счетчика 6. Третий выход блока управления 14 соединен с запускающим входом преобразователя напряжение-код 5. Четвертый

выход блока управления 14 соединен с первым управляющим входом группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ В. Пятый выход блока управления 14 соединен с вторым управляющим входом группы элементов 2-2-2ИЗИЛИ 8. Шестой вход блока управу ения 14 соединен с третьим управляющим входом группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 8. Седьмой выход блока управления 14 соединен с управляющим входом регистра 11. Восьмой

выход блока управления 14 соединен с нулевым (установочным) входом регистра 11. Девятый выход блока управления 14 соединен с нулевым (установочным) входом блока деления 1-0. Десятый выход блока управления 14 соединен с входом деления блока деления 10. Одиннадцатый выход блока управления 14 соединен с управляющим входом элемента А 15. Двенадцатый выход блоха управления 14 соединен с нулевым

входом триггера реверса 7. Тринадцатый выход блока управления 14 соединен с единичным входом триггера реверса 7. Четырнадцатый выход блока управления 14 соединен с первым управляющим входом

группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 9, пятнадцатый выход блока управления 14 соединен с вторым управляющим входом группы элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 9. Шестнадцатый выход блока управления 14 соединен с

третьим управляющим входом группы элементов 2-2-2И-ЗИЛ1/1 9. Семнадцатый выход блока управления 14 соединен с нулевым (установочным) входом реверсивного счет.чика 6. Восемнадцатый выход блока управления 14 соединен с управляющим входом двоично-десятичного дешифратора.

Выходы дешифратора 24 с первого по восемнадцатый соответственно соединены с выходами блока управления 14 с первого

по восемнадцатый. Девятнадцатый выход дешифратора 24 соединен с первым входом элемента ИЛИ 19, второй вход которого соединен с двадцатым выходом дешифратора 24.

Выход генератора импульсов 1G соединен с nepBbitvi входом элемента И 17. Второй выход элемента И 17 соединен с выходом триггера 20. Выход элемента И 17 соединен со счетным входом счетчика 18. Нулевой вход счетчика 18 соединен с первым входом

элемента 21 ИЛИ, и с первым входом выключателп 23. Выход счетчика 18 соединен с входом дешифратора. 24. Выход элемента ИЛИ, 19 соединен со счетным входом триггера 20, нулевой вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 21. Второй вход элемента ИЛИ 21 соединен с первым входом выключателя 22. Вторые входы выключателя 22. 23 соединены с общей точкой (корпусом) прибора.

Работа цифрового измерителя магнитной индукции происходит в несколько тактов коммутации.

При нажатии кнопки выключателя 23 устройство устанавливается в исходное состояние. При этом счетчик 18 обнуляется, а триггер 20 выдает решающий потенциал на элемент И 17. Через элемент И 17 на вход счетчика 18 начинают поступать сигналы с генератора импульсов 16. Дешифратор 24 анализирует состояние счетчика 18 и выдает сигналы на все блоки устройства. Сигнал, поступающий с семнадцатого выхода блока управления 14, устанавливает в нулевое состояние реверсивный счетчик 6. С девятого выходаблока управления 14 выдается сигнал, гюдготавливающий к работе блок деления 10. Сигнал, поступающий с восьмого выхода блока упраоления 14, устанавливает в нулевое состояние регистр 11, Сигнал, поступающий с двенадцатого выхода, устанавливает в нулевое состояние триггер реверса 7. В этом положении триггер реверса 7 выдает такой сигнал на вход реверса реверсивного счетчика 6, при котором он работает на сложение.

В первом такте датчик Холла 1 находится в зазоре магнитопровода некоторое время, достаточное для того, чтобы во всем объеме измерительного зонда с датчиком Холла 1 установилась температура исследуй емого объекта, т.е. в зазор магнитопровода. В это время на датчик Холла 1 действуют два постоянных магнитных поля - измеряемое с индукцией В и дополнительное пале с индукцией Вдм, создаваемое индукционной катушкой 3, намотанной на датчик Холла 1, по которой протекает ток от источника питания 4. Выходной сигнал датчика Холла, пропорциональный алгебраической сумме магнитных индукций (± В+ Вдм), поступает на преобразователь напряжение-код 5, Аналого-цифровое преобразование происходит по сигналам, поступающим на аход преобразователя 5 с третьего выхода блока управления 14.

Аналоговый сигнал датчика Холла 1 преобразуется в число импульсов, которые поступают с преобразователя 5 на счетный

вход реверсивного счетчика б, считающего го в прямом направлении: Ni KSin(± B-f-Вдм),

гдэ к - коэффициент преобразования на5 пряжение-код;

In -- ток питания датчика Холла; S - чувствительность к индукции датчика Холла,

Во втором такте коммутации на датчик

0 Холла 1 действует только измеряемое магнитное поле с индукцией В, поскольку сигнал, поступающий с первого выхода блока управления 14, отключает источник питания 4. Пр1/г-этом через индукционную катушку 3

5 не протекает ток, который возбуждает до полнительное магнитное поле с индукцией

Вдм. Выходной сигнал с датчика Холла 1,

пропорциональный магнитной индукции В,

поступает на преобразователь 5, откуда в

0 виде последовательности импульсов поступает на реверсивный счетчик 6, считывающий в обратном направлении. Направление счета о реверсивном счетчике б во второй такт коммутации изменяется по сигналу, по5 ступающему на единичный вход триггера реверса 7 с тринадцатого выхода блока управления 14. Во втором такте реверсивный счетчик б будет работать на вычитание. При положительном направлении измеряемой магнитной индукции В, совпадающей по направлению с дополнительной магнитной индукцией Вдм, в реверсивном счетчике 6 устанавливается код

N2 - Ni-KS nB - (В+Вдм)

5

Одновременно в выходном регистре преобразователя 5 установится код N3, соответствующий магнитной индукции В N3 KSlnB

0 При отрицательном направлении измеряемой магнитной индукции В, несовпадающей по направлению с дополнительной магнитной индукцией Вдм, во втором такте реверсивный счетчик 6 будет работать на

5 вычитание, а затем на сложение. Когда чис-. ло в реверсивном счетчике 6 станет равным нулю, сработает элемент И 15-и выдаст сиг- . нал на счетный, вход триггера реверса 7. Триггер реверса 7 переходит в нулевое со0 стояние и выдает на шину реверса ревер- . сивного счетчика б и такой сигнал, по которому он будет работать на сложение.

В реверсивном счетчике б установится код

5Ы2 К81пВдм

Таким образом, независимо от направления измеряемой магнитной индукции В . относительно направления дополнительной магнитной индукции Вдм в реверсивном счетчике 6 после второго такта коммутации

будет один и тот же код. Одновременно в выходном регистре преобразователя 5 установится код Мз, соответслвуюидмй магнитной мидукции В. На первый вход блока деления 10 через гругтпу элементов 2-2 211И)И/1 8 nociynaeT код Ns с выходного регистра преобразователя капряжение-код 5. PaapeujeiiMe на прохождение кода N3 через группу элементоа 2-2-2И-311Л1Л 8 Ешдает сигнал, поступающий с четвертого выхода блока управления 14. По сигналу, поступающему с четырнадцатого выхода блока управления 14, срабатывает группа элементов 2-2-2И-ЗИЛИ 9 и код N20 реверсивного счетчика 6 поступает на второй вход блока делеимя 10.

По сигналу, поступающему с десятого выхода 6-лока угфавления 14, в блок деления 10 производится деление кода Мз на код Na, Результат деления, равный

,.. К Sin В „ В

- Ki -.

(1

К1

К S п В.дмВ дм

поступает на регистр 11. Разрешение из постлгутекие кода в регистр 11 выдает сигнал, поступающий с восьмого выхода блока управления 14, Затем по сигналу, поступающему с пятнадцатого выхода блока управления 14, срабатывает группа злементое 2-2-2И-ЗИЛИ Э -л код N2 с выхода реаерсквного счетчика 6 поступает на второй вход блока деления 10,

Во BTopo v такте коммутации, когда по-; вляе-тся. сигнал на дesят iэдuaтoм выходе дешифратора 24, срабатывает элемент /1/И1

19и выдзетси-нэл на счетиь(й вход триггера 20. Триггер 20 переходит Б единич - ое coc-f ояиме к выдает ззпреидзгощий потегияиал на Элемент И 17, В результате, на счетный счатч ка 18 перестают постут1ать импупьсы с генератора импульсов 16, Затем на датч1 к Холла 1 удаляется из зазора лаг-нитопровода,с магнитной проницае -юстыо р.. ДоИ помещается в среду с магнитной проницаемостью /to (воздух). При этом магнитопровод не оказывает практического влмйния на индукцию дополкительяого магнитз-iom , создаваемого катуш,кой 3. Т.к. за перемеи.1енмя датчика из зазора маг итог;ровода с магнитной проницаемостью fi fio в среду с магнитной пронitцаер.1 остью /л температура ьадмермтельного зонда, s котором находится датчмк Холла 1, r p3KTV 4ecKM не изменяется, то чувствительность датчика Холла 1 на изменяется, т.е. остается равной S. Загс нажммаетс выключатель 22 и нбчинзется третий такт коммутации. При этом, триггер

20устанайлиаается в нулевое состояние т разрешает прохождение сигнзлоз с геиерзтора импульсов 16 через .элемент И 17 на счетчик 18.

В третьем такте коммутации на датчик Холла 1 действует два постоянных магиитных поля: внешнее магнитное поле с индукцией Вв и дополнительмое магнитное поле Вдмо создаваемое индукционной катушкой 3. Выходной сигнал датчика Холла 1, пропорциональный сумме величин ( ± Вв + Вдмо) пост,пает на преобразователь напряжение-код 5. Аналого-цифровое преобразование в преобразователе 5 происходит rso сигналам, поступающим нз вход преобразователя 5 с

третьего блока управления 14. Аналоговый сигнал датчика Холла 1 преобразуется о число импульсов, которые поступают с преобразователя 5 на счетный вход реверсивного счетчика 6, счмтызземогО в пряг/юм направленим

( ± Вв- -Вдмо) В четвертом такте комр4утап,ии на датчик Холла 1 действует только внешнее магнитное поле Вв, поскольку сигнал, поступающий с первого выхода блока управления 14 отключает источник питания 4, При этом, через мг-щукционную катушку 3 не протекает ток, который возбуждает дополнительное магнитное поле, с мндукцией

Вдмо. сигнал датч;1ка Холла 1, п ро л о р ц о н а л ь и ы и . а г i и т н о и и н д у к ц и и SB,поступает на пресбразователь 5, откуда в виде пocлeдoвзтeль ocти мпульсов поступает на реверсивный счетчик 5, счита10 щи и 1 обратном направлении. Нзг|равление смгналз в реверсивном счетчика 6 во Бремя четвертого такта коммутации изменяется по сигналу. поступаюи-1ему ма единичный вход триггера реверса 7 с

выхода блока управления 14, В четвертый TciKT коммутЕции 1 реверсивный счетчик 6 будет работать на вычитание.

При положительном направлении внешней магнитной индукции Вв, совпадаюшей по направлению с дополнительной магнитной индукцией Вдмо, в реверсивном счетчике 6 устанавливается код

Г41; Г 5-К31пВв КЗ п(Вв + Вдмо).8 К5 пВдмо,

При отрицательном направлении внешней мэ нитной индукции Вв, не совпадающей по направлению с дополнительной магнитной индукцией Вдмо, в четвертом такте реверсивный счетчик. 6 сигнала будет работать на вычитание, а затем на сложение. Когда число 8 реверсивном счетчике б станет равным нулю, сработает злеме1- т И 15, и выдаст сигнал на счетный вход триггера реверса 7. Триггер реверса 7 переходит s

Изобретение относится к технике магнитных измерений и может быть использо-Мухционная катушка.вано ДЛЯ прецизионного измерения в широком динамическом диапазоне индукции постоянных магнитных полей. Цель - повышение точности измерения - достигается введением в устройство двух групп элементов 2-2-2И-ЗЙЛИ 8,9. регистра 11, триггера реверса 1, элемента И 15 и двоично-десятичного дешифратора 13. Устройство содержит также датчик Хо^ла 1, стабилизатор тока 2, цифровое отсчетное устройство 12, источник питания 4, ка17Ш- ку 3 индуктивности, преобразователь напряжение - код 5, блок деления 10, i реверсивный счетчик 6 и блок управления I 14. 1 ил.i^v^«'fe