Устройство для измерения индукции переменного магнитного поля Советский патент 1981 года по МПК G01R33/07 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНДУКЦИИ ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОХ) ПОЛЯ Изобретение относится к магнятоиз мерительной технике и может быть использовано для измерения магнитных попей. Как известно, при использовании датчшссж Холла, для измерения переменных магнитных полей, в контуре, образованном холлс ской пепыо во икает индуцированное ими на1фяжение. Это найряжение приводит к снижению точноста измерений. При питании переменным током, частоты Ловловсксач) напряжения и напря жения, индувирсюаннс о в хопловскс цеntB магнитным полем различны «h могут 6ып леосо разделеш щрн вкй рательной цепи. И зес-гао устройство, включающее дополнительные компенсационные контуры, которые представляют собой рамки, конс руктивно объединенные с датчиком. Каждая вз рамок рбюположена снммет1И1чио относнтельво линия, на которой расположены входные или выходные электроды. Ток да-пнка подводят к свобо0ному входному электроду и дбижку потеншометра, выходное напряжение снимается аналогичным путем Ij Однако расположение контуров вокруг датчика приводит к увеличению ширины датчика а неизбежное пересечение контуров увеличивает толщину датчика, что не всегда приемлемо, особенно при измерениях магнитных полей в малых объемах и узких зазорах;. Кроме того, необходимость симметри шого расположения рамок, вызывает трудности прецезионного перемещения проводников и закрепления JXX., Известно также устройство, которое включает в себя датчик Холла и компенсационную петлюгобразованвдтоОДНИМ или несколькими витками провода размешенную в оаной плоскости с датчиком Холла, оказывающуюся таким образом под возaeik:tBHeM приложенного к датчику переменного магнитнта о поля СЗЦ . Однако, вследствие неоднородности магШ1тн( поля, напряжения индупиргуемые 38 в хопловской цепи датчика и в расположенной рядом компенсационной петле различны по величине и компенсация окаэыJ вается недостаточно полной. Цепь изобретения - повьпиение точности измерения индукции переменных Магнитных полей. Поставленная цеяь достигается тем,/ что в устройство для измерения индукПИИ переменного магнитного поля, содержащее датчик Хшла, последовательно соединенные со средней точкой делителя напряжения усилитель переменного тока, вьшрямитель и регистрирующий прибор, а выход делителя напряжения соединен с холловской цепью датчика Холла через первый конденсатор, дополнительно введены катушка индуктивности и второй кон денсатор, причем катушка индуктивности подключена к токовому электроду датчика Холла, первый конденсатор включен между холловским электродом и выходом делителя, а вход делителя соединен через второй конденсатор с токовой цепью датчика. Повышение точности измерения достигается за счет, того, что площади холловс кого II токового индукционного KOHiypa пронизываются одним и тем же магнитным потоком. Отсутствие добавочной ком пенсационной петли приводит К уменьшению габаритов датчика, упрощает его конструкцию и облегчает его использование внутри объемов криостатов. На чертеже изображена блок - схема устройства для измерения индукции переменного магнитного поля. Устройство для измерения индукции пе ременного магнитного поля содержит дат чик 1 Холла, первый конденсатор 2, второй конденсатор 3 переменной емкости, делитель напряжения, состоящий из резис тора 4 и переменного резистора 5, усилитель 6 переменного тока, выпрямитель 7, регистрирующий прибор 8, источник 9 питания и катушка 10 индуктивности. Устройство работает следующим образом. .Токовые электроды датчика 1 Холла подключены к делителю напряжения таким образом, чтобы протекающие череЗ вход делителя, т. е. резистор 4 токи, индуцированные в холловской и в токовой цепях были направлены встречно. Первый и вто рой конденсаторы 2 и 3 служат для элек рической развязки по постоянному току холловской и токовой цепей. Для обеспечения сдвига фаз токов, протекающих через резистор 4, на 180, один из кон9денсаторов, а именно второй конденсатор 3 (чтобы сопротивление холловской цепи оставалось неизменным), делается переменной емкости. Изменяя сопротивление резистора 5 добиваются компенсации индукцированной в холловской цепи наводки. Таким образом, варьируя, при отключенном источнике 9 питания, значениями емкости конденсатора 3 и сопротивления резистора 5, добиваются минимальных показаний регистрирующего прибора 8,. т. е. максимальной компенсации индуцированного в холловской цепи напряжения. Катушка 10 индуктивности необходима, чтобы не пропускать индуцированный в токовой депи переменный ток через источник 9 питания, в случае применения источника питания с малым внутренним сопротивлением (генератора тока). Отметим, что протекание тока, индуцированного в токовой цепи вызьпаает появление на холловских электродах добавочного напряжения Холла U , которое вносит погрешность в измерения. Поэтому предлагаемое устройство целесообразно использовать в тех случаях, когда добавочное напряжение Холла U было. значительно меньше напряжения, индуци|руемого в холловской цепи магнитным полем (JQ , т. е, чтобы выполнялось условие iiL «. Так как и, 8г| где Sfj - площадь петли, образованной холловскими вьшодами; - скорость изменения магнитной с ав о S индукции и так как у .--iL-. . at , где R - постоянная Холла; 6 - магнитная индукция; а- толщина датчика; площадь петли, образованной токовыми выводами; Z- полное сопротивление цепи, состоящей из сопротивления между токовыми электродами датчика, конденсатора 3 и резисторов 4 и 5, то JiL ftll ± Uo 3 SA z Следовательно, условие -1« вьшолРТЯРТТ СТ|-б. S d Дпя эпитаксиального арсенидгаплиевого датчика Холла с Я 10 мкм , Я 10-3 (при п 6 .loW и при В 1 тл, величина- ЮОсм, т. условие -j «. 1 легко вьтолнимо если величину -2. выбрать порядка нескольких десятков килоом. Отметим, что увеличивая сопротивпение резистора 4, а зна чит и полное сопротивление 2 можно добиться вьшолнення условия -Ь- «ч для любых значений: , В и о| . Использование предлагаемого устройс ва повышает точность измерения переменных магнитных полей при питании от источника постоянного тока за счет того, что площади холловского и токового индукционного контура пронизываются одним и тем же магнитным потоком. Отсутствие добавочной компенсационной петли не вызывает увеличения габаритов датчика, что особенно важно при исследовании магнитных полей в малых объемах и узких зазорах (например, в зазорах электрических машин, магнитных головках и т. д.), упрощает его конструкцию и технологию изготовления датчика и облегчает его использование внутри объемов криостатов. Формула изобретения Устройство для измерения индукции переменного магнитного поля, содержа96щее датчик Холла, последовательно соединенные со средней точкой делителя напряжения усилитель переменного тока, вьшрямитель и регистрирующий прибор, а вьЬсод делителя напряжения соединен с холловской цепью датчика Холла через первый конденсатор, отличающ-ее с я тем, что, с целью повьгшения точности измерения, в него дополнительно введены катушка индуктивности, и второй конденсатор, причем катушка индуктивности подключена к токовому электроду датчика Холла, первый конденсатор включен между холловским электродом и выходом делителя, а вход делителя соединен через второй конденсатор с токовой цепью датчика. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Панчишин Ю. М., Усатено С. Г. Измерение переменных магнитных полей. Киев, Техника, 1973, с. 78-79. 2.Афанасьев Ю. В., Студенцов Н. В., Щелкин Ai П. Магнитометрические преобразователи, приборы, установки. Энергия. Ленинградское отделение, 1972, . 2О2-2ОЗ.