Способ измерения эдс холла Советский патент 1981 года по МПК G01R33/07 

Изобретение относится к магнптоизмерительной технике и может быть применено в различных приборах и устройствах измерения магнитных величин для устранения температурной и временной нестабильности параметров датчиков Холла.

Известны способы измерения ЭДС Холла, основанные на формировании образцового дополнительного магнитного поля, однородного с измеряемым магнитным полем; совместном действии измеряемого и дополнительного магнитных полей на датчик Холла; действии только измеряемого магнитного поля на датчик Холла; преобразовании датчиком Холла входного воздействия в электрический сигнал; определении электрического сигнала, пропорционального дополнительному магнитному полю, на выходе датчика Холла; определении электрического сигнала на выходе датчика Холла, пропорционального измеряемому магнитному полю; устранении мультипликативной погрешности из результата измерения путем деления сигнала, пропорциопального измеряемому магнитному нолю, на сигнал, пролорциональный образцовому дополнительному магнитному полю 1.

Устройство, реализующее данный способ, состоит из датчика Холла, источника его питания, дополнительной катушки, в

поле которой находится датчик Холла, источника ннтания дополннтельной катушки, делительного устройства и цифрового отсчетного устройства.

Цикл измерения в данном устройстве состоит из двух тактов. В первом такте на датчик Холла одновременно воздействуют два ностоянных магнитных поля: пзмеряемое и дополнительное, создаваемое дополнптельпой катушкой, в поле которой находится датчик Холла. Выходной сигнал датчика Холла, пропорциональный сумме величин магнитных индукций, поступает на преобразователь «напряжение - код, откуда в виде последовательности импульсов выдается на реверсивный счетчик, считающий в прямом паправлении.

На втором такте на датчик Холла действует только измеряемое магнитное поле. Выходной сигнал датчика Холла, пропорциональный измеряемой магнитной индукции, поступает па преобразователь «напряжение - код, откуда в виде последовательности импульсов выдается на реверспвпый счетчик, считаюш;ий в обратном направлении.

После двух тактов измерения на входы делительного устройства поступают сигналы с выходного регистра преобразователя «напрялсение- код и с реверсивного счетчика. Результат деления не будет зависеть от удельной чувствительности датчика Холла к индукции, его тока и коэффициента передачи схемы. Если значение индукции донолнительного магнитного ноля принять за единицу измеряемой величины, результат деления будет нропорционален измеряемой магнитной индукции.

Недостатком данного снособа является зависимость результатов измерения от направления постоянного магнитного поля относительно датчика Холла и недостоверность результатов измерения при несовпадающих по направлению магнитных полях, а также при превышении уровнем донолнительного магнитного поля уровня измеряемого магнитного поля.

Целью данного изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что измерении ЭДС Холла, сиособом осноBaiHHbiM на формировании образцового дополнптельиого магнитного 1поля, однородного с 1измеряемым магнитным полем, .совместном действии на датчик Холла измеряемого л образцового дополнительного магнит 1ых полей, действии на датчик Холла только измеряемого магнитного иоля, преобразо1вании датчиком Холла входного воздействия в электрический сигнал, делении сигнала, пронорциоиального измеряемому магнитному нолю, на сигнал, аронорциональный образцовому дополнительному магнитному полю, определяют направление .допол.пнтельпого магнитпого поля, иаиравлеиие измеряемого магнитного поля относительно направления дополнительно образцового магнитного поля, измеряют нанравлена1е дополнительного образцового магнитного поля до совпадения с направлением пзмеряемого магнитного поля.

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего данный способ.

Способ измерения ЭДС Холла включает следующие операции: формироварп е образцового донолнительного магнитного поля, однородного с измеряемым, совместное действие на датчик Холла измеряемого и дополнительного образцового магнитных нолей, действие на датчик Холла только измеряемого магнитного иоля, преобразование датчиком Холла входного воздействия в электрический сигнал, определение электрического сигнала, пропорционального образцовому дополнительному магнитному нолю, на выходе датчика Холла, определение электрического сигнала на выходе датчика Холла, пропорционального измеряемому магнитному нолю, устранение мультипликативной погрешности из результата измерения путем деления сигнала, пропорционального измеряемому магнитному полю, на сигнал, пропорциональный образцовому дополрп-п-ельному магнитному полю; 01 ределение направлення донолнительного образцового магнитного поля, определение наатравления измеряемого магнитного ноля относительно направления донолнительного образцового магнитного ноля, изменения направления донолиительного магнитного ьоля таким образом, чтобы оно совпадало с направлением измеряемого магнитного

иоля.

Устройство, реализующее способ измерсгпш ЭДС, состоит из датчика Холла }, источника нитания 2, дополнительной катущки 3, в поле которой находится датчик

/(олла 1, источника питания дополнительной катушки 4, определителя нанравления дополнительного магнитного поля 5, определителя иаправлення измеряемого магнитного поля 6, автоматического переключателя

7, )ормирователя синфазности 8, преобразователя «иаиряжение - код 9, реверсивного счетчика 10, делительного устройства /., циоЬрового отсчетиого устройства 12 и устройства управления 13.

Работает устройство следующим образом.

Сигналом начальной установки, поступающим из устройства управления 13, схеi ;a устанавливается в исходное состояние.

В первый такт измерения на датчик Холла / действует только измеряемое магнитное поле. В этот момент времени определитель г:аправления измеряемого магнитного ноля 6 определяет направление измеряемого магнитного ноля..

Во втором такте на датчик Холла воздействуют два ностоянных магнитных ноля и дополнительное, создаваемое дополнительной катушкой 3, в поле которой находнтся датчик Холла /. По обмотке дополнительной катущки протекает ток от источника постоянного тока 4, который во второй такт включается по сигналу устройстра управления 13. Определитель направлеИ1 я дополнительного поля 5 находит направление дополнительного магнитного поля и в зависимости от этого направления выдает определенный командный сигнал на формирователь синфазности 8. При несовпадающих тао направлению измеряемом и дополнительном магнипных полях формирователь синфазности 8 коммутирует переключатель 7. При этом изменяется направление тока, протекающего по донолнительной катущке 3, что приводит к изменению направления дополнительного магнитного поля, т. е. оно будет совпадать по направлению с измеряемым магнитным полем. В третий такт выходной сигнал датчика

Холла /, пропорциональный сумме величин магнитных индукций, поступает на преобразователь «напряжение - код 9, откуда в виде последовательности импульсов выдается на реверсианый счетчик ,10, считающий в прямом направлении.

/У, 5Г„й(5.,з., + бд„„).

В четвертом такте на датчик Холла 1 . действует только измеряемое магнитное поле, поскольку источник нитання дополнительной катушки 4 отключается сигналом устройства управления 13. Выходной сигнал датчика Холла /, пропорциональный измеряемой магнитной индукции, поступает на преобразователь «напряжение - код

9,откуда в виде последовательности импульсов выдается на реверсивный счетчик

10,считающий в обратном направлении.

В результате носле четвертого такта реверсивный счетч1ик 10 фиксирует число импульсов, пропорциональное донолнительному магнитному полю

Л/2 5,(/п(оизм Ь-Одоп) Ьк/пО,I3M---.;пОдопПосле четырех тактов на выходы дополр нтельного устройства 11 поступают числа 5к/п5.зм с выходного регистра иреобразователя «наиряжение - код 9 и Л2 - с реверсивного счетчика 10. После поступления уиравляющего сигнала от устройства 13 делительное зстройство // совершает операцию деления числа на Л2Результат деления не зависит от удельной чувствительности датчика Холла к индукциИ, его тока питания и коэффициента передачи схемы. Если значение индукции дополнительного магнитного поля принять за единицу измеряемой величины, результат деления будет проиорционален измеряемой магнитиой индукции.

Использование способа измерения УДС Холла обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества:

1) Возможность полностью автоматизировать измерительный процесс, так как не требуется изменять положение датчика в зависимости от направления магнитного поля. При этом существенно увеличивается производительность труда. Когда в процессе Измерения изменяется направление магнитного поля, действующего на датчик Холла, процесс измерения сокращается на время, равное (T + t), где Т - время изменения положения датчика, t - время измереиия при одном положении датчика. Таким образом, применение данного способа позволяет уменьшить время измерения. Если T t, время измерения умеиьшается в 3 раза.

2) Возможность точного измерения независимо от наиравления магнитного поля относительно датчика Холла, где другие методы измерения не могут быть ирименены из-за сиецифических условий работы датчика Холла, поскольку они не учитывают направление магнитного поля, действующего «а датч1ик Холла.

Формула изобретения

20

Способ измерения ЭДС Холла, основанный на формироваиии образцового доиолнительного магнитного поля, однородного с измеряемым магнитным полем, совместном

действии измеряемого и образцового дополнительного магнитных полей на датчик Холла, действии только измеряемого магнитного поля на датчик Холла, иреобразовании датчиком Холла входного воздейстВИЯ в электрический сигнал, делении сигнала, проиорциоиального измеряемому магнитному полю, на сигнал, пропорциональный образцовому дополнительному магнитному полю, отличающийся тем, что, с

целью повышения точности измерения, определяют направление дополнительного магнитного поля, определяют направление измеряемого магнитного поля относительно направления дополнительного образцового магнитного поля, измеряют направление дополнительного образцового магнитного поля до совпадения с направлением измеренного магнитного поля.

Источник информации, принятый во

вниманне при экспертизе:

1. Авторское СБИдительство СССР ° 347704, G 01 R 33/06, 1972 (прототип).