Устройство для измерения магнитнойиНдуКции Советский патент 1981 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к измерению магнитной индукции или напряженности магнитного поля.

Известно устройство для измерения магнитной ивдукции, содержащее корпус, пьезокристалл, прикрепленный жестко к корпусу одним своим концом, электрически соединенный с выходными зажимами генератора возбуждения. Устройство содержит такой измеритель магнитной индукции, вход которого соединен с клеммами измерительной катушки, жестко укрепленным на незакрепленном 5 конце пьезокристалла. В устройстве имеется усилитель, детектор и измерительный прибор

Недостатками известного устройства являются малая точность измерений в да связи с наличием погрешности от изменения амплитуды механических колебаний пьезокристалла, а также наличие погрешности, вызванной изменением

частоты механических колебаний пьезокристалла.

.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, которое содержит корпус, пьезокристалл, укрепленный жестко в корпусе одним концом, электрически соединенный с выходными зажимами управ ляемого генератора возбуждения, узел ,измерения магнитной индукции, вход которого соединен с клеммами измерительной катушки, жестко укрепленной на незакрепленном конце пьезокристалла, резистор, посредством которого клемма пьезокристалла соединена с одним из выходных .зажимов управляемого генератора возбуждения (УГВ). Кроме того, УГВ имеет основной и дополнительный входы, основной вход УГВ через блок управления (БУ) соединен со средней точкой резистора и пьезокристалла f 23.

Недостатком известного устройства является низкая точность в связи с .3 наличием погрешности, вносимой изменением амплитуды механических колеба ний пьезокристалла. Цель изобретений - повышение точности измерения амплитуды механических колебаний пьезокристалла, Поставленная цель достигается тем что в устройстве для измерения магни ной ивдукции, содержащем корпус, пье зокристалл, укрепленный в корпусе жестко одним концом и электрически соединенный с первым выходом управляемого генератора возбуждения непос редственно, а со вторым его выходом через резистор, первый вход которого соединен с выходом первого блока управления, входом соединенного с, ко пусом пьезокристалла. измерительный прибор, соединенный с измерительной катушкой, жестко укрепленной на неза репленном в корпусе конце пьезокристалла, введены индуктивный датчик пе мещения, укрепленный на пьезокристал ле, постоянный магнит KOTdporo укреп лён на корпусе, и второй блок управления, вход которого соединен с кату кой индуктивного датчика перемещения, а выход - со вторым входом упра ляемого генератора возбуждения. На чертеже показана структурная с ма устройства. Устройство содержит корпус 1, пье зокристалл 2, укре1шенный жестко в корпусе одним концом, электрически с диненный через резистор 3 с выходом управляемого генератора 4 возбуждени содержащего ковденсаторы 5-7, резис торы 8-11, транзисторы 12 и 13. Рези торы и конденсаторы служат для обеспечения режима работы транзисторов. Устройство содержит также катушку 14 нвдуктиЕности генератора, образующег совместно с конденсатором 7 колебательный контур. Транзисторы 12 и 13 совместно с конденсаторами 5 и 6 и резисторами 8-11 собраны по схеме неинвертирующего резистивного усилителя напряжения. К генератору 4 относятся резистор 15 и транзистор 16, образующие управляемый усилитель напряжения. Диод 17, конденсатор 18 и резистор обратной связи 19 образуют схему выпрямителя. Основной вход генератора 4 обра- , зован общей точкой конденсатора 7 и катушкой 14 ивдуктивности, базой транзистора 12. Дополнительный вход образован базой транзистора 16. 64 Основной вхсЗд генератора 4 соединен со средней точкой резистора 3 и пьезокристалла 2 через первый блок 20 управления, состоящий из резистора 21, конденсатора 22 и диода 23, собранных на схеме частотнозависимого выпрямителя. Устройство содержит также измерительный прибор 24.. Вход его соединен с измерительной катушкой 25, жестко укрепленной на незакрепленном в корпусе конце пьезокристалла 2. В устройстве имеется индуктивный датчик 26, укцепленный на пьезокристалле, постоянный магнит 27 которого укреплен на корпусе 1 устройства, второй блок 28 управления, содержащий резисторы 29 и 30, конденсатор 31, диод 32, собранные по схеме детектора максимальных значений. Вход блока 28 управления соединен с клеммами индуктивного датчика 26, а выход - с дополнительным входом генератора 4. Устройство работает следующим образом. При подаче на схему напряжения питания Е в генераторе 4 возникают периодические синусоидальные колебания, которые через разделительйый конденсатор 5 подводятся к пьезокристаллу 2, в результате чего последний элемент на основании прямого пьезоэффекта приводится в состояние периодических механических колебаний. Частота этих колебаний зависит от тока, протекающего через пьезокристалл и резистор 3. Этот ток, протекая по резистору 3, создает на нем падение напряжения, уровень которого определяется током при стабильном значении сопротивления, а следовательно, и частотой механических колебаний. При изменении частоты, например при ее увеличении, ток возрастает, при уменьшении частоты - ток уменьшается. Эта закономерность используется для регулирования частоты механических колебаний пьезокристалла 2. Для этого напряжение, снижаемое с резистора 3, подводится к частотнозависимому выпрямителю, собранному на ковденсаторе 22, резисторе 21 и диоде 23. Выходное напряжение этого выпрямителя, изменяющееся пропорционально изменению частоты, поступает на базу транзистора 12, что приводит к изменению его чувствительности, а следовательно и к изменению уровня

58

выходного напряжения генератора 4,что в свою очередь приводит к стабилизации частоты колебаний пьезокристалла 2.

Одновременно со стабилизацией частоты осуществляется стабилизация амплитуды колебаний пьезокристалла. Для этого индуктивный датчик 26, жестко прикрепленный.к кристаллу, перемещается в поле постоянного магнита 27, в результате чего в нем наводится напряжение пропорциональное амплитуде механических колебаний. Это напряжение выпрямляется детектором максимальных значений, собранном на диоде 32, конденсаторе 31 и резисторах 29 и 30. Если амплитуда колебаний уменьшается, выходное напряжение выпрямителя также уменьшается, при увеличении амплитуды колебаний выходное напряжение выпрямителя возрастает. Это напряжение с выхода выпрямителя .поступает на базу транзистора 16, образующего вместе с резистором 15 управляемь1й делитель напряжения. При изменениях выход ного сигнала выпрямителя изменяется коэффициент передачи делителя, поэтому на его выходе синусоидальное напряжение изменяется по уровню. После выпрямления с помощью диода 17 и KQHденсатора 18 постоянное напряжение через резистор 19 подводится к пьезокристаллу 2, что способствует стабилизации амплитуды механических колебаний. При этом номинальному, требуёмому значению амплитуды, соответствует конкретное з.начение постоян ного напряжения, снимаемого с выхода выпрямителя. При уменьшении амплитуды колебания постоянное напряжение на выходе выпрямителя и на входе пьезокристалла также уменьшается, что приводит к ослаблению демпфирующего действия постоянного напряжения за счет ослабления прямого пьезоэффекта.

При возрастании амплитуды колебаний постоянное напряжение на выходе выпрямителя также возрастает, следовательно, увеличивается демпфирова166

ние кристалла за йчет возрастания прямого пьезоэффекта и происходит уменьшение амплитуды колеба 1ий до тех пор, пока она не станет равной заданному значению.

Применение изобретения позволяет существенно повысить точность измерения магнитной ийдукции по сравнению с известными устройствами. Погрешность известных устройств составляет 1,5-2%, предлагаемого устройства - 0,2-а,5%.

Формула изобретения

Устройство для измерения магнитной индукции, содержащее корпус, пьезокристалл, укрепленный в корпусе. жестко одним концом и электрически соединенный с первым выходом управляемого генератора возбуждения непосредственно, а со вторым его выходом через резистор, первый вход которого соединен с выходом первого блока упсравления, входом соединенного с корпусом пьезокристалла, измерительный прибор, соединенный с измерительной катущкой, жестко укрепленной на незакрепленном в корпусе конце пьезокристалла, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены индуктивный датчик перемещения, у срепленный на пьезокристалле, постоянный 1 агнит которого укреплен на корпусе, и второй блок управления, вход которого соединен с катушкой индуктивного датчика перемещения, а выход со вторым входом управляемого генератора возбуждения.

Источники информации, принятые во внимание при экспер-газе

1.Чечурина Е.Н. Приборы для измерения магнитных величин. М,, Энергия, 1969, с. 25.

2.Малов В.В. Пьезорезонансные преобразователи. М., Энергия, 1978, с. 109.