Цифровой измеритель магнитной индукции Советский патент 1992 года по МПК G01R33/06 

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

Целью изобретения является повышение точности измерения магнитной индукции независимо от ее направления относительно расположения датчика Холла.

На фиг.1 приведена блок-схема цифро- вого измерителя, магнитной индукции; на фиг.2 - блок-схема и временные диаграммы работы блока управления предлагаемого цифрового измерителя магнитной индукции,

Цифровой измеритель магнитной ин- дукции (фиг. 1) состоит из датчика Холла, ста- билизатора тока 2, коммутатора 3, трансформаторов 4 и 5, переменного резистора б, синхронного детектора 7, преобразователя напряжение-код 8, делительного блока 9, элемента ИЛИ 10. реверсивного счетчика 11, дешифратора 12, цифрового индикатора 13, блока констант 14. усилителя-ограничителя 15, элемента И 1 б, триггера 17, элемента И 18, триггера 19 и блока управления 20.

Токовые электроды датчика Холла 1 соединены со стабилизатором тока 2. Первичная обмотка первого трансформатора 4 через нормально замкнутые контакты С,Д второй группы коммутатора 3 соединена с токовыми электродами датчика Холла 1. Первая первичная обмотка второго трансформатора 5 через нормально разомкнутые контакты А,Б первой группы ком- мутатора 3 соединена с потенциальными (Холловскими) электродами датчика Холла 1. Управляющий вход датчика 3 соединен с первым выходом блока управления 20.

Вторичная обмотка первого трансфер- матора 4 соединена с переменным резистором б, средняя точка которого соединена со второй первичной обмоткой второго трансформатора 5. Вторичная обмотка второго трансформатора 5 соединена с сигнальным входом синхронного детектора 7. управляющий вход которого соединен с управляющим выходом стабилизатора тока 2. Выход синхронного детектора 7 соединен с сигнальными входами преобразователя напряже- ние-код 8 и усилителя-ограничителя 15.

Запускающий вход преобразователя напряжение-код соединен со вторым выходом блока управления 20. Кодовый выход (параллельный код) преобразователя на- пряжение - код 8 соединен с первым входом делительного устройства 9. Импульсный выход (выход счетных импульсов) преобразователя напряжение-код 8 соединен с первым входом элемента ИЛИ 10.

Нулевой вход делительного блока 9 соединен с третьим выходом блока управления 20. Вход деления делительного блока 9 соединен с четвертым выходом блока управления 20. Выход блока соединен со входом схемы ИЛИ ТО. Вход записи устройства деления 9 соединен с пятым выходом блока управления 20.

Выход элемента ИЛИ 10 соединен со счетным входом реверсивного счетчика 11. Нулевой вход реверсивного счетчика 11 соединен с шестым выходом блока управления 20. Вход реверса реверсивного счетчика 11 соединен с выходом триггера 19. Выход реверсивного счетчика 11 (параллельный код) соединен с сигнальным входом дешифратора 12.

Управляющий вход дешифратора 12 соединен с седьмым выходом блока управления 20. Выход дешифратора 12 (параллельный код) соединен с цифровым индикатором 13

Управляющий вход блока констант 14 соединен с восьмым выходом блока управления 20, девятый выход которого соединен с первым входом элемента И 16. Выход усилителя-ограничителя 15 соединен со вторым входом элемента И 16, выход которого соединен с единичным входом триггера 17.

Выход триггера 17 соединен с первым входом элемента И 18. Нулевой вход триггера 17 соединен с десятым выходом блока управления 20.

Второй вход элемента И 18 соединен с одиннадцатым выходом блока управления 20. Выход элемента И 18 соединен с единичным входом триггера 19, нулевой вход которого соединен с двенадцатым выходом блока управления 20.

По сигналу установки нуля, поступающему с выхода блока управления 20, в нулевое состояние устанавливаются счетчик делителя, буферный счетчик, счетный триггер, регистр делимого и триггер блока 9.

Операция деления производится путем последовательно вычитания кода делителя Б из кода делимого А до тех пор, пока код делимого не станет равным нулю. Результат деления равен числу циклов вычитания

А-КБ О.

Управляющий потенциал с нулевого выхода счетного триггера поступает на вход реверса счетчика делителя и устанавливает его в режим вычитания. Нулевой потенциал с единичного выхода счетного триггера, поступающий на вход реверса буферного счетчика, устанавливает его в режим сложения.

Нулевой потенциал с единичного выхода триггера делительного блока 9, поступающий на управляющий вход схемы И.

запрещает прохождение через нее сигналов от генератора импульсов блока 9.

По сигналу деления, поступающему с выхода блока управления 20, в нулевое состояние устанавливается счетчик результата в блоке 9. Счетные импульсы с выхода схемы окончания деления поступают на счетные входы счетчика делимого счетчика делителя и буферного счетчика. Так как счетчик делимого является вычитающим, то счетные импульсы вычитаются из кода делимого А, т.е. из кода числа А , Кроме того, счетные импульсы вычитаются из кода делителя, т.е. из кода числа Б, и суммируются с буферном счетчике

Число счетных импульсов, поступивших на счетных вход счетчика делителя за один цикл вычитания, определяется значением кода делителя, т.е. кода числа А Когда код в счетчике станет равным нулю (окончился первый цикл вычитания кода делителя Б из кода делимого А), срабатывает многовходо- вая схема И.

После окончания первого цикла вычитания кода делителя Б из кода делимого А в буферном счетчике блока 9 установится код числа Б.

Во втором цикле вычитания из кода числа Б в буферном счетчике блока 9 начинают вычитаться счетные импульсы. Когда код в буферном счетчике блока 9 станет равным нулю (окончился второй цикл вычитания кода делителя Б из кода делимого А), срабатывает многовходовая схема И, Сигнал схемы через схему ИЛИ поступает на счетный вход счетного триггера и на счетный вход счетчика результата и на импульсный выход делительного блока 9. При этом счетный триггер переключается и изменяет направление счета в счетчике делителя и в буферном счетчике блока 9.

В третьем цикле вычитания счетчик делителя блока 9 работает на вычитание, а буферный счетчик - на сложение. Последовательность таких циклов вычитания будет продолжаться до тех пор, пока код числа А в счетчике делимого станет равным нулю. В этот момент срабатывает многовходовая схема И и выдает управляющий сигнал на второй нулевой вход триггера. На единичном выходе триггера вырабатывается нулевой потенциал, который запрещает прохождение счетных импульсов через схему И.

Сигналом нулевой установки, поступающим с выхода блока управления 20, в нулевое состояние устанавливается реверсивный счетчик 11 Сигналом, поступившим с выхода блока управления 20. в исходное состояние устанавливается блок

9. Сигналом, поступившим с выхода блока управления 20, в нулевое состояние устанавливается триггер 17, который выдает запрещающий потенциал на элемент И 18. Сигналом, поступающим с выхода блока управления 20, в нулевое состояние устанавливается триггер 19, который выдает такой сигнал на шину реверса реверсивного счетчика 11, при котором он работает нТеложе0 ние. Сигнал, поступающий с выхода блока управления 20, вклк гзт реле коммутатора 3. При этом к потенциальным электродам датчика Холла 1 через замкнувшиеся контакты А и Б I группы коммутатора 3 подсое5 диняется вторая первичная обмотка трансформатора 5.

В первый такт измерения через коммутатор 3 выходной сигнал датчика Холла 1 поступает через трансформатор 5 на синх0 ронный детектор 7. Выходной сигнал синхронного детектора 7 кодируется преобразователем напряжение - код 8, который имеет два выхода: импульсный и кодовый. Счетные импульсы с импульсного

5 выхода пропорциональные и сигнал с потенциальных электродов датчика Холла 1 поступает через элемент ИЛИ 10 на реверсивный счетчик 11, считающий в прямом направлении. В счетчике 11 после первого

0 такта будет код NI , например при отрицательном направлении магнитной индукции - В относительно расположения датчика Холла и код NI , при положительном направлении магнитной индукции + В.

5 Ni kiStnB + kiUH3. N,n kiSlnB-kiUH3. Во второй такт измерения управляющий сигнал с выхода блока управления 20 отключает реле коммутатора 3. В этом слу0 чае контакты А и В первой группы I гр ком- мутатора 3 размыкаются, а контакты Д и С второй группы Игр замыкаются.При этом на вход синхронного детектора 7 с трансформатора 5 поступает часть сигнала с токовых

5 электродов датчика Холла 1. Сигнал с токовых электродов датчика Холла 1 поступает на первую первичную обмотку трансформатора 5 через последовательно соединенные трансформатор А и делитель со средней точ0 кой.

Сигнал синхронного детектора 7 преобразуется в код

N2 kUi klmrg. где rg - сопротивление датчика Холла.

5 Затем по сигналу, поступающему с выхода блока управления 20, на первый вход делительного устройства 9 поступает кодМз с блока констант 14. Код N3, хранящийся в блоке констант 14, равен коэффициенту компенсации Кк

Ut U

нэ

- JilaJ О

ОнаUH3 ( t )

На второй вход делительного устройства 9 поступает код по сигналу с выхода блока управления 20.

После деления кода N2 на код N3 в устройстве деления 9 по сигналу, поступающему с выхода блока управления 20, в устройстве деления установится код N4.

Ми„э.

N, Nj h In rg N4 N3 In rq

UH3

Результат деления с импульсного выхода блока 9 в виде импульсов поступает на реверсивный счетчик 11. При отрицательном направлении магнитной индукции - В реверсивный счетчик 11 будет работать на вычитание, при положительном направлении магнитной индукции + В реверсивный счетчик 11 будет работать на сложение. Направление магнитной индукции определяется в первый такт измерения. Работа реверсивного счетчика 11 зависит от направления магнитной индукции относительно расположения датчика Холла 1. При отрицательном направлении магнитной индукции - В выходной сигнал усилителя-ог- раничителя 15, подключенного к синхронному детектору 7, является разрешающим (логическая единица 1) для элемента И 16. При поступлении управляющего сигнала с выхода 28 блока управления 20 элемент И 16 срабатывает и выдает сигнал на единичный вход триггера 17. Триггер 17 переходит в единичное состояние и выдает разрешающий потенциал на элемент И 18.

Во втором такте измерения при поступлении управляющего сигнала с выхода 30 блока управления 20 срабатывает схема И 18 и выдает управляющий сигнал на единичный вход триггера 19. Триггер 19 переходит в единичное состояние. При этом состоянии триггера 19 реверсивный счетчик 11 будет работать на вычитание. При положительном направлении магнитной индукции - В состояние триггеров 17,19 не изменяется и поэтому режим работы реверсивного счетчика 11 не изменяется во второй такт измерения, т.е. реверсивный счетчик 11 во втором такте будет работать на сложение.

Таким образом, после пятого такта в реверсивном счетчике 11 установится код Ns при отрицательном направлении магнитной индукции - В и код NS при положительном направлении магнитной индукции + В.

NS - Nt - N4

- kiUH3

(klSlnB + klUH3)

hSInB,

N5 Ni + N4-(kiSlnB -kiUH3) + -kiUH3 kiSlnB .

Следовательно, временная и температурная нестабильность параметров датчика

Холла не приводит к появлению аддитивной погрешности, поскольку напряжение неэк- випотенциальности не влияет на измерение ЭДС Холла, так как вторая и третья составляющие последнего уравнения будут изме0 пяться на одну и ту же величину и будут взаимно компенсироваться N5t Ni(t)-N4(t)- kiSlnB4 +kiUHa(t)-kilMt) kiSlnB, N5(t) Nn(t) + N4(t) -kilMtH kiUi,3(t) kiSlnB.

Формула изобретения Цифровой измеритель магнитной индукции, содержащий последовательно соединенные стабилизатор тока и датчик

0 Холла, коммутатор, два трансформатора, переменный резистор со средней точкой, последовательно соединенные синхронный детектор, преобразователь напряжение - код, делительное устройство, элемент ИЛИ,

5 реверсивный счетчик, дешифратор и цифровой индикатор и блок констант, выход которого подключен к второму входу делительного блока, импульсный оыход преобразователя напряжение - код соединен с

0 вторым входом элемента ИЛИ, вход синхронного детектора соединен с вторичной обмоткой первого трансформатора, первичные обмотки которого соответственно соединены со средней точкой переменного

5 резистора и через нормально разомкнутые контакты первой группы коммутатора с потенциальными электродами датчика Холла, переменный резистор соединен с вторичной обмоткой второго трансформатора, пер0 вичная обмотка которого соединена через нормально замкнутые контакты второй группы коммутатора с токовыми электродами датчика Холла, управляющий оыход стабилизатора тока соединен с управляю5 щим входом синхронного детектора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения магнитной индукции, введены усилитель-ограничитель, два элемента И, два триггера и блок управления,

0 выходы которого соответственно соединены с управляющим входом коммутатора, с запускающим входом преобразователя напряжение - код, с нулевым входом реверсивного счетчика, нулевым входом

5 делительного блока, входом записи делительного блока, входом деления делительного блока, нулевым входом первого триггера, нулевым входом второго триггера, входом дешифратора, входом первого элемента И. управляющим входом блока констант, входом второго элемента И. второй вход которого соединен с выходом первого триггера, единичный вход которого соединен с выходом первою элемента И, сигналь- ныйвход которого через

усилитель-ограничитель соединен с входом

преобразователя напряжение - код и выходом синхронного детектора, причем вход реверса реверсивного счетчика соединен с выходом второго триггера, единичный вход которого соединен с выходом второго элемента И.

/К А А А А А

Изобретение относится к технике магнитных измерений и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне индукции постоянных магнитных полей. Устройство содержит датчик 1 Холла, стабилизатор 2 тока, коммутатор 3, трансформаторы 4,5. резистор 6, синхронный детектор 7, преобразователь 8 напряжение-код, делительный блок 9, элемент ИЛИ 10, реверсивный счетчик 11, дешифратор 12, цифровой индикатор 13, блок констант 14, блок управления 20, усилитель-ограничитель 15, элементы И 16,18, триггеры 17,19. 2 ил.

201

-$

201

m

rsi

«о

-

203

N|

fv

r

M

v

V