Измерительный преобразователь электрических и магнитных величин Советский патент 1979 года по МПК G01R33/95 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАгаИТНЫХ ВЕЛИЗДЙ .

Изоб)етеиие относится к области магнитных и электрических Измерений и может быть использовано для измерения индукции слабых постоянных и медленно меняющихся магнитны полей, и также малых постоянньк токов и напряжений. Известно устройство для измерения индукции магнитного поля, содержащее два магниторезистора, генератор переменного напряжения полосовой фильтр, детектор, два фильтра нижних частот и источник опорного напряжения 1 Недостатками известного устройства являются дрейф нуля и значительная погрешность измерения, возникающие вследствие температурной и временной нестабильности характеристик магниторезисторов, а также низкая чувствительность, обусловленная квадратичной завис1(мостью сопротивления от индукции, что затрудняет использование указанного устройства для измерения индукции слабых мапштньк полей. Известно также, устройство, («держащее генератор, два магннторезистора, измерительный прибор, компенсационную обмотку, усилитель переменного напряжения и фазочувствительный выпрямитель 2. Недостатком известного устройства является низкая точность измерения. Цель изобретения - повышение точности измерения. Для этого в устройство, содержащее генератор, два последовательно соединенных магнито резистора, последовательно соединенные измерительный прибор и компенсационную обмотку с магнитопроводом, а также последовательно соединенные усилитель переменного напряжения и фазочувствительный выпрямитель, второй вход которого подключен к выходу генератора, дополнительно введены последовательно соединенные реверсивный источник тока и обмотка подмагничивания, последовательно соединенные избирательньш усилитель и амплитудный детектор, выход которого подключен к входу усилителя перемеиного напряжения, а также усилитель постоянного тока, включенный между выходом фазочувствительного вьпфямитепя и входом измерительного прибора, а также параллельно соединенные с магниторезисторамн источник переменного тока и двухканальный источник тока, общая шина которого соединена с общим зажимом магниторезисторов, а вход с выходом генератора, при этом один из зажимов магниторезистора подключен к входу избирательного уснпит€31я, а вход реверсивного источника тока соединен с выходом генератора. Структурная электрическая схема измерительного преобразователя изображена на фиг. 1 На фиг. 2 показаны временные изменения величин, характеризующих процесс преобразования. Измерительный преобразователь содержит магниторезисторы 1 и 2, двухканальный источник 3 тока, источник 4 переменного тока, из: бирательный усилитель 5, амплитудный. дете1Ктор 6, усилитель 7 переменного на11ряжеиия, фазочувствительный выпрямитель 8, усилитель 9 постоянного тока. Измерительный прибор 10, компенсационную обмотку И, магййторповод 12, генератор 13, реверсивный источник, тока 14, обмотку подмагничивания 15. Устройство работает следующим образом. Вход двухканального источника тока 3, а также фазочувствительный вйшрямитель 8 соединены с выходом питающего генератора 13. Через обмотку 15 подмагничивания и Магниторезисторы 1 и 2 протекают токи, создаваемые управляемыми генератором 13 и источником М тока. Величины этих токов и их направление определяются генератором 13, вь1ходное напряжение которого имеет вид прямоугольных разнополярнбк импульсОв Одйнаковой амплитуды к длительности. Через магниторезисторы 1 и 2 таюке протекает синусоидальный ток, создаваемый источником 4 переменного тока, частота которого, по крайней мере, на порядок больще частоты прямоугольного напряжения генератора 13, а амплитуда не превьщ1ает величины выходного тока двухканального источника 3 тока.

Так как направление тока питания i (фиг. 2, в) магниторезисторов 1 и 2 изменяются синхронно с направлением тока обмотки 15 подмагничивания, то их сопротийления RH (фиг. 2, б) осйются-неизменными во времени, а величины определшбтся абсолютным значением магнитной напряженности Нп (фиг. 2, а) поля смещения. Напряжение Ui (фиг. 2, г) на входе избирательного усилителя 5 повторяет форму тока источника 4 тока, причем амплитуда его неизменна и Определяется суммой падений напряжений на магииторезисторах 1 и 2 от протекающего по ним синусоидального тока источника 4 тока. Напряжения на магниторезисторах 1 и 2, создаваемые токами двухканального источника 3 тока.

появляется переменная составляющая в виде прямоугольных импульсов, частота которых совпадает с частотой напряжения генератора 13, а амплитуда пропорциональна приращению сопротивлении магниторезисторов 1 и 2. Переменная составляющая напряжения Uj усиливается усилителем 7 и подается на вход фазочувствительного выпрямителя 8. Постоянное напряжение с выхода фазочувствительного выпрямителя 8 поступает на вход усилителя 9 постоянного тока. Выходной ток 1 (фиг. 2, д) усилителя 9 протекает через прибор 10 и обмртку П. Этот ток вызывает магнитную напряженность в магнитопроводе 12,которая

уменьЩает магнитную напряженность, вызванную измеряемой величиной. Дополнительное наложение постоянного компенсирующего поля приводит к уменьщению приращений сопротивлений магниторезисторов Г и 2. В итоге, щт

достаточно большом коэффициенте усиления, напряженность измеряемого магнипгого поля уравновешивается напряженностью компенсирующего , поля, то есть, осуществляется преобразонаправлены встречно и компенсируют друг друга. Ввиду неизменности амплитуды входного напряжения Ui избирательного усилителя 5 на выходе амплитудного детектора 6 будет постоянное напряжение Uj (фиг. 2, г), в составе которого отсутствует переменная состаВ ляющая. Вследствии этого выходной ток IK (фиг. 2, д) электронного преобразователя равен нулю, и показание прибора 10 будет нулевым. При воздействии измеряемого постоянного магнитного поля амплитуды импульсов напряженности поля смещения, которые по направлению совпадают с напряженностью исследуемого поля, увеличиваются, а амплитуды импульсов противоположного направления уменьщаются йа величину напряженности Ни (фиг. 2, а) измеряемого поля. При этом возникают периодические чередования положительных и отрицательных приращений сопротивлений RH (фиг. 2, б) магниторезисторов 1 и 2, пропорциональных отклонениям амплитуд импульсов подмагничивания. Соответствзтощие приращения получают также и амплитуды синусоидальных составляющих напряжений на магниторезисторах 1 и 2, сумма которых представляет собой амплитудно-модулированное напряжение Uj (фиг. 2, г), подаваемое на вход электронного преобразователя. Это напряжение усиливается избирательным усилителем 5 и поступает на вход амплитудного детектора 6, с помощью которого выделяется огибающая амшгатудно-модулированного напряжения. В результате этого в составе выходного напряжения U2 (фиг. 2, г) амплитудного детектора 6 вание измеряемой величинь в пропорциональное значение постоянного тока. Такнм образом, в предложенном преобразователе характеристика преобразования не зависит от величинь нестабильного сопротивления магниторезисторов, параметров злектроннот .преобразователя, несимметричности характеристик магниторезисторов, в основе работы которых положен ГМР зффект. Чувствительнос его не зависит от параметров маппггорезисторов, дрейф нуля практически исключен. Температура и временное старение элементов не вызывают погреишостей характеристик пре образования. Эти преимущества позволяют резко повысит метерологические характеристики существующих преобразователей и позволяют широко использовать предложенный гальваномаппгшьш преобразователь для решения специальных задач измерительнрй техники и автоматики. Формула изобретения Измерительный, преобразователь злектрических и магнитных величин, содержащий генератор, два последовательно соединенных магнито резистора, последовательно соединенные измерительный прибор и компенсационную обмотку с магнитопроводом, а также последоватепьно соединенные усилитель переменного напряжения и фазочувствнтельньш выпрямитель, второй вход которого подключен к выходу генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, дополнительно введены последовательно соединенные реверсивный источник тока и обмотка подмагничивания, последовательно соединенные избирательный усилитель и амплитудный детектор, выход которого подключен к входу усилителя п(гремешюго напряжения, а также усилитель постоянного тока, включенный между выходом фазочувствительного выпрямителя и входом измерительного прибора, а такжр параллельно соединенные с магниторезисторами источник переменного тока и двухканальный источник тока, обпхая шина которого соединена с общим зажимом магниторезисторов, а вход с выходом гетератора, при зтом один из згркимрв. магаиторезисгора подключён к входу избирательного усилителя, а вход реверсивного источника тока соединен с выходом генератора. Источники информации, принятые во вн11мание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 513332, кл. G 01 R 33/02, 05.05.76. 2.Вайсе Г. Физика гальваномаппггньвс полу проводниковых приборов и их применение, М., Энергия, 1974, с. 277-278.

н

f

тА

1 ж.

Фиг. г