Устройство для измерения индукциипЕРЕМЕННыХ МАгНиТНыХ пОлЕй Советский патент 1981 года по МПК G01R33/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНДУКЦИИ ПЕРЕМЕННЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Изобретение относится к измерению магнитных, величин и может быть использовано для повышения точности измерения индукции переменных магнитных палей в широком диапазоне час тот . Известны магниторезистивные измерители индукции переменных магнитных полей, представляюши е собой измерительный мост, в одно из плеч которого включен магнитоуправляемый резистор. Для измерения магнитной индукции в широком диапазоне частот испол зуют квадратичный участок функции преобразования магниторезистора III Однако нелинейность преобразовательной характеристики обусла;вливает необходимость индивидуальной градуировки шкалы измерителя и затрудняет использование цифрового отсчета и регистрации результатов измерения. Известно также устройство для изм рения индукции переменных магнитных полей с одним чувствительным элементом, имеющее равномерную шкалу. Линеаризация преобразовательной характеристики достигается тем, что в мос товую измерительную схему с двумя магниторезисторами, рабочим и компенсационным, имеющими квадратичную характеристику, введены последовательно соединенные источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель и управляемый усилитель 121. Недостатком устройства являются неисключенные погрешности от температурной и временной нестабильности, так как магниторезистор не охвачен цепью обратной связи. Кроме того, дополнительная погреш ность возникает от изменения чувствительности моста и напряжения питания моста. Цель изобретения - повышение точности измерения. Эта цель достигается тем, что в устройство для измерения индукции переменных магнитных полей, содержащее магниторезистор, помещенный в катушку подмагничивания и включенный, в плечо измерительного моста, три ключе, управляющие входы которых подключены к выходам мультивибратора, усилитель и подключенный к нему цифровой регистрирукидай прибор, дололнительно введены интегратор, вход которого через первый ключ соединен с выходом моста, его выход с инвертирующим входом усилителя, делитель напряжения, вход которого че- рез первый ключ соединен с выходом

моста, его выход - с неинвертирующим входом усилителя, выход цифрового регистрирующего прибора через второй ключ соединен с потенциальным зажимом катушки подмагничивания, одновибратор/ вход которого соединен с выходами мультивибратора, а выход,со вторым входом цифрового регистрирующего прибора.

На чертеже представлена схема устройства для измерения индукции переменных магнитных полей.

Устройство содержит магниторезистор 1, катушку 2 подмагничивания, измерительный мост 3, источник 4 постоянного напряжения, ключи 5,6 и 7, мультивибратор 8, интегратор 9, делитель 10 напряжения, усилитель 11, цифровой регистрирующий прибор 12, балластный резистор 13 и одновибратор 14.

Магниторезистор 1 помещают в катушку 2 подмагничивания и включают в плечо измерительного моста 3, который питается от источника 4 постоянного напряжения. К выходу моста 3 через ключи 5 и б, интегратор 9 и делитель 10 напряжения подключают входы усилителя 11. Выход усилителя 11 через цифровой регистрирующий прибор 12, балластный резистор 13 и ключ 7 соединяют с потенциальным зажимом катушки 2 подмагничивания магниторезистора 1..Цепи управления ключей 5, 6 и 7 подключают к выходам мультивибратора 8 непосредственно,.а цепь запуска цифрового регистрирующего прибора 2 подключают к мультивибратору 8 через одновибратор 14.

Измеритель магнитной индукции работает следующим образом.

Магниторезистор 1 под действием измеряемой индукции при отсутствии подмагничивания изменяет свое сопротивление в соотношении с выражением

К Г;о+лК Ко(1+ЛВл) .(1)

где RO - сопротивление магниторезистора при отсутствии внаанего.магнитного поля;

uR - приращение сопротивления

магниторезистора при воздействии магнитного поля;

р - коэффициент пропорциональное ти.

Изменение сопротивления магнитореэистора 1 приводит к появлению Напряжения на выходе моста 3.

U2 Sj4RoB U,,(2)

. где S. - чувствительность измерительного моста, определяемая соотношением сопротивлений плеч моста,

напряжение питания моста. Напряжение моста и j через замкнутый ключ 5, управляемый мультивибратором 8, поступает на интегратор 9, работаюций в режиме аналоговой памяти, где и запоминается. После переключения мультивибратора 8 размыкается ключ 5 и замыкаются ключи б и 7. При этом выходное напряжение моста 3 через делитель 10 напряжения поступает на неинвертирующий диод усилителя 1. На инвертирующий вход усилителя 11 воздействует запоминание напряжения интегратора 9, равное , рде К - масштабный коэффициент интегратора. Выходное напряжение усилителя 11 через прибор 12, балластный резистор 13 и замкнутый ключ 7 подключается к потенциальному зажиму катушки 2 подмагничивания.

Выходное напряжение моста 3 при одновременном воздействии измеряемой

индукции переменного поля BX и индукции BO подмагничивакяцего постоянного поля, создаваемого катушкой 2, равноJ 2

U3 SjbRo(Bx+Bo)(3)

Напряжение УЗ ослабляется делителем 10 напряжения и сравнивается усилителем 11 с выходным напряжением i интегратора 9. Разностное напряжение на выходе усилителя 11 при этом .

Uг, Kг - i-к Uг| Kг5 ьЯo ilвhV)3/)

где К J, - коэффициент усиления усилителя 11;

п - коэффициент деления делителя 10 напряжения.

Под действием напряжения U через прибор 12 и катушку 2 подмагничивания

при замкнутом ключе 7 протекает ток. При значении сопротивления резистора 13 многим больше сопротивления катушки 2 имеем

и

(з;

Яз

где R2 - сопротивление катушки подмагничивания,

сопротивление балластного резистора из мангеника. Под действием тока 3 создается подмагничизакадее поле, создающее индукЦяю50ВО КР,)

где К J- коэффициент пропорциональности, зависящий от числа витков и геометрических размеров катушки подмагничива55ния.

Значение тока, измеряемого прибором 12, определяется иэ соотношения (5) с учетом выражений (4) и (б). После подстановки имеем уравнение

,, ejfi-.,,.o I)

зПри выборе коэффициента уси65 ления усилителя 1 достаточно большим () вторым числом уравнения (7) пренебрегают. Тогда значени измеряемого тока из (7) (к7й-й) ,(8) л I где K)i J() - постоянный коэф- . - фициент пропорциовальности. Установившееся значение тока измеряется цифровым регистрирующим прибором 12 после прекращения импульсов сброса с задержкой, создаваемой одно вибратором 14. Время задержки однови ратора 14 выбрано больше постоянной времени катушки подмагничивания 2, что позволяет измерять установившее значение тока. После следунжцего переключения мул тивибратора 8 ключи б и 7 размыкаются, ключ 5 замыкается и одновременно разряжается интегратор 9. После этог начинается заряд интегратора 9 и цик измерения пояторяется. Новому значению индукции соотВ(етствует другое показание- прибора 12. Как следует из окончательного вы ражения (8), значение тока линейно зависит от измеряемойиндукции/несмотря на квадратичный характер преобразовательной характеристики магнИ торезистора (1). Это позволяет использовать для отсчета -индукции стан . дартный цифровой прибор. Отсутствие в выражении (8) коэффи циента пропорциональностирг чувствительности S моста 3, напряжения питания и источника 4, коэффициента усиления К 2 усилителя 11 и сопротивл ния R 2 катушки подмагничивания 2 исключает влияние нестабильности этих параметров на результат измерения. Точность измерения определяется в основном стабильностью масштабного коэффициента К, интегратора 9, коэффициента деления п делителя 10 напряжения и коэффициента пропорциональности, определяемого геометричес кими размерами К j катушки подмагЕШчивания 2. Обеспечение стабильности указанны величин на постоянном токе не пред-ставляет затруднений. Значение коэффициента давления п делителя 10 напряжения выбирается и выражения (8) исходя из чувствительности используемого цифрового регистрирующего прибора 12. В предлагаемом измерителе достигают повышение точности измерения индукции переменных магнитных полей в широком диапазоне частот и обеспечивают аозможкость цифрового отсчета и регистрации. Это достигнуто за счет исключения влияния на результат измерения непостоянства параметров магниторезистора, элементов и режима питания измерительного моста нестабильности параметров усилителя и других элементов измерительной схемл. Независимость результатов измерения от параметров магыиторезисторов . позволяет решить вопрос их взаимозаменяемости и исключения трудоемкой операции индивидуальной градуировки измерителя для каждого экземпляра магниторезистора, что дает значительный экономический эффект. Формула .изобретения Устройство для измереаия индукции перелтанных магнитных полей, содер жащее магниторезистор помещенный в катушку- подмагничивания и включенный в плечо измерительного моста, три ключа, управляющие входы которых подключены к выходам мультивибратора, усилитель и подключенный к нему цифровой регист-рирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены интегратор вход которого через первый ключ соединен с выходом моста,его выход с инвед тируняцим входам усилителя, делитель напряжения, вход которого че- . рез первый ключ соединен с выходом моста, его выход - с неинвертируюцим входом усилителя, выход цифрового регистрирующего прибора через второй ключ соединен с потенциальным зажимом катушки подмагничивания, одновибратор, вход которого соединен с выходом мультивибратора, а выход со вторым входом цифрового регистрирующего прибора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Кобус А. и Гушинский :Я. Датчики Холла и магниторезисторы. М., Энергия,1971, с. 297. 2.Авторское свидетельство СССР 513332, кл. G 01 R 33/02, 1975.

/ В

-dD t

.: