ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ Советский патент 1974 года по МПК G01R33/06 

1

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для измерения с повышенной точностью индукции постоянных магнитных нолей в широком диапазоне ее значений.

Известные цифровые измерители магнитной индукции с датчиками Холла содержат последовательно соединенные автоматический переключатель, избирательный усилитель, линейный детектор и второй автоматический переключатель, работающий синхронно с первым, запоминающий конденсатор и интегрирующее RC-звено, при этом управляющие цепи автоматических переключателей соединены со схемой управления, выход датчика через развязывающий трансформатор подключен к одному из входов первого автоматического переключателя, к другому входу которого подключен низкоомный резистор, один из выходов второго автоматического переключателя подключен через интегрирующее звено к одному из входов нуль-органа, а другой выход переключателя соединен со вторым входом нульоргана, к которому также подключен запоминающий конденсатор.

Однако в известном устройстве на результат измерения могут оказывать влияние временные и температурные нестабильности параметров элементов интегрирующего звена и генератора счетных импульсов. Кроме того.

появляется погрещность измерения, вносимая элементом памяти.

Для повыщения точности измеритель предложенной конструкции снабжен источником опорного напряжения, преобразователем «код-напряжение и регистром памяти, при этом входы регистра подключены к счетчику, а выходы - ко входам преобразователя «код-напряжение, выход которого соединен с одним контактом второго автоматического переключателя, другой контакт которого подключен к источнику опорного напряжения, а выход к интегратору, причем управляющие цепи регистра памяти и цепи установки счетчика в нулевое состояние соединены со схемой управления.

На фиг. I изображена блок-схема цифрового измерителя магнитной индукции; на фиг. 2 - временная диаграмма напряжений.

В блок-схему, изображеннуЕО на фиг. 1, включены: избирательный усилитель 1, линейный детектор 2, автоматический переключа-тель 3, низкоомный резистор 4, датчик Холла 5, источник переменного тока 6, нуль-орган 7, интегратор 8, автоматический переключатель 9, источник опорного напряжения 10, генератор тактовых импульсов 11, схема управления 12, ключ 13, генератор счетных импульсов 14, счетчик 15, регистр памяти 16, преобразователь «напряжение-код 17, симметрирующий

трапсфорглатор 18, цифровое отсчетное устройство 19.

Измерение производится в два такта. В одном такте на вход избирательного усилителя 1, соединенного с линейным детектором 2, через автоматический нереключатель 3 нодается напр} жен1 е, снимаемое с низкоомного резистора 4, включенного в цень нитання датчика Холла 5 от источника переменного тока 6. Усиленное и выпрямленное напряжение подается на один из входов нуль-органа 7 н онределяется выражением

u,k,kjcpR.,(1)

где ki - коэффициент передачи усилителя; kz - коэффициент передачи линейного

детектора;

/ср - среднее значение выпрямленного тока питания датчика;

До - ннзкоомный резистор в цепи питания датчика.

На другой вход нуль-органа 7 поступает линейно изменяющееся напряжение с выхода интегратора 8, на вход которого через автоматический переключатель 9 подается сигнал от источника опорного напряжения 10. Наклон линейно изменяющегося напряжения на выходе интегратора онределяется выражением

tg0. .(2)

где 6 - угол наклона линейного нанряжения;

iJon - нанряжение опорного нсточника; Т - постоянная времени интегратора. Одновременно с началом развертки линейного напряжения генератор тактовых имнульсов 11 через схему управления 12 при помощи ключа 13 подключает выход генератора счетных импульсов 14 ко входу счетчика 15.

При равенстве сравниваемых напряжений нуль-орган 7 при помощи ключа 13 отключает счетчик 15 от генератора счетных импульсов 14. Число подсчитанных импульсов будет равно

Л. Af,(3)

где /1 - временной интервал,

/ - частота генератора счетных импульсов.

В соответствии с обозначениями, принятыми на фнг. 2, имеем

.,

Подставив в (4) выражения (1) и (2), получим

Й,йа/ср/ о7

, Z

f/on

Тогда число импульсов УУ в соответствии с (3) и (5) равно

л/ - l i z cpKaTf

л 1 .

/оп

Таким образом, в конце первого такта измерения число подсчитанных имнульсов Л будет зафиксировано счетчиком в виде цифрового статического кода, который по сигналу со схемы управления 12 переносится в регистр памяти 16 и с помощью преобразователя «напряжение-код 17 обратно преобразуется в соответствующее напряжение 1/2, онределяемое выралсением

ft „ „ k k-iffpRfiTf

(7)

LJ п - ill - -

f/on

где т - коэффициент обратного преобразования.

Во втором такте измерения на вход избирательного усилителя 1 через автоматический переключатель 3 и симметрирующий трансформатор 18 подается выходное нанряжение датчика 5. При этом выпрямленное напряжение бз на входе нуль-органа 7 будет равно

и, - Sk,k,I,B,(&)

где S - удельная чувствительность датчика к

индукции;

В - измеряемая магнитная индукция. На другой вход нуль-органа 7 поступает линейно изменяющееся напряжение с выхода интегратора 8, на вход которого через автоматический переключатель 9 подается нанряжение с выхода преобразователя «напряжение-код. Наклон линейного напряжения на выходе интегратора будет определяться выражением

if.

mktkffcpRof

tge.--

(9)

В дальнейщем работа схемы происходит аналогично нервому такту измерения. При этом число нодсчитанных импульсов будет равпо

Л. t,l

(10)

где Га - временной интервал.

В соответствии с обозначениями на фиг. 2 имеем

t. tge

(П)

(И) выражения (8) и (9), по

(12) mRaf

число имнульсов NZ в соответствии с (12) равно

Л/, - 1 В.

(13) mRo

Обозначив °

через коэффициент пропорmRoциональности k, имеем

Л , kSB.(14)

Таким образом, на вход счетчика 15, установленного к началу второго такта измерения в нулевое состояние сигналом со схемы управления 12, поступает число импульсов NZ, которое счетчик зафиксирует в виде цифрового статического кода. Состояние счетчика индицируется цифровым отсчетным устройством 19.

Автоматические переключатели 3 и 9 соединены через схему управления 12 с генератором тактовых импульсов 11, осуществляющим двухтактную последовательность преобразований.

На основании выражения (13), в которое не входят такие параметры, как постоянная времени интегратора, частота.генератора счетных импульсов, коэффициенты передач избирательного усилителя и линейного детектора и ток питания датчика, можно сделать вывод, что число подсчитанных импульсов Л/2 пропорционально измеряемой магнитной индукции и не зависит как от изменения коэффициентов передач усилителя и детектора и нестабильности тока питания датчика, так и от изменения параметров элементов интегратора и генератора счетных импульсов. Кроме того, схема измерителя не содержит запоминающего устройства, что исключает погрещность измерения, обусловленную нестабильностью его параметров.

Предмет изобретения

Цифровой измеритель магнитной индукции, содержащий датчик Холла с симметрирующим

трансформатором на выходе и с низкоомным резистором в цепи питания датчика от источника переменного тока, последовательно соединенные автоматический переключатель, избирательный усилитель и линейный детектор,

подключенный к одному входу нуль-органа, другой вход которого через интегратор связан со вторым автоматическим переключателем, работающим синхронно с первым, а выход - с первым входом ключа, второй вход которого подключен к выходу генератора счетных импульсов, третий вход - через схему управления к выходу генератора тактовых импульсов, выход же ключа через счетчик связан с цифровым отсчетным устройством, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью повыщения точности, он снабжен источником опорного напряжения, преобразователем «код-напряжение и регистром памяти, входы которого соединены с выходами счетчика, а выходы - со входами преобразователя «код-напряжение, выход последнего соединен с одним контактом второго автоматического переключателя, второй контакт которого подключен к выходу источника опорного напряжения.