Устройство для температурной компенсации датчиков Холла Советский патент 1983 года по МПК G01R33/07 

.

Изобретение относится к магнито)4змерительной технике и может быть использовано для измерения постоянных и переменных магнитных полей в широком диапазоне температур.

По основному авт.св. Н 883816 известно устройство для температурной . компенсации датчиков Холла, содержащее генератор, регистрирующий прибор, два усилителя, резистор, подключен- ю ный к входу второго усилителя, два оптрона, подключенные к выходу второго усилителя и цепЬ компенсации напряжения разбаланса датчика, связанную с выходом второго оптрона, в ко- 5 тором на датчике создан барьерный переход, а само устройство дополнительно снабжено третьим и четвертым Усилителями , детектором, источником эталонного напряжения.третьим оптроном и высокочастотным генератором, нагруженным на барьерный переход, и резистор Cl 1 .

Однако данное устройство имеет недостаточную температурную компенсацию.

Цель изобретения - повышение точности температурной ксжпенсации.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее датчик Холла, на.котором выполнен барьерный переход, генератор постоянного тока и высокочастотный генератор, цепь компенсации напряжения разбаланса датчика, четыре, усилителя, perHctpHрующий прибор, три оптрона, детектор, источник эталонного напряжения, резистор и фильтр нижних частот, причем генератор постоянного тока нагружен на датчик и резистор, первый и второй оптроны подключены к выходу второго усилителя, первый резистор соединен . входом второго и третьего усилителя, Ш||ход первого оптрона через выходную цепь третьего оптрона подключен к

выходу первого усилителя, выход второго оптрона связан с целью компенсации

напряжения разбЬланса датчика, третий усилитель, детектор, четвертый усилитель, фильтр ни|жних частот и третий оптрон соединены последовательно, источник эталонного напряжения подключен к второму входучетвертого, усилителя, его вход нагружен на третий оптрон, выход которого связан с вторым входом и выходом первого усилителя и с вторымоптроном ,|входы третьего усилителя подключены к второму входу второго усилителя и к третьему оптрону,а барьерный переход срязан с выходом высокочастотного генератора, дополнительно снабжено вторым источником эталонного напряжения и коммутатором, через который источники эталонного напряжения подключены к второму входу четвертого усилителя, а также последователь-, но соединенными разделительным конденсатором, выпрямителем и сглаживающим фильтром, соединяющими фильтр нижних частот с третьим оптроиом.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство для температурной компенсации датчиков Холла содержит датчик 1 Холла, генератор 2 постоянного напряжения, регистрирующий прибор 3, в качестве которого используется вольтметр переменного тока, усилитель 4 ЭДС Холла, содержащий цепь . регулировки коэффициента усиления усилителя, состоящую из выходных сопр тивлений оптрс|нов 5 и 6. Вход оптрона 6 совместно с iвходом оптрона 7 служат нагрузкой вспс:|могательного. усилителя 8 разностного I сигнала между падением напряжения на резисторе 9, включенном последовательно в цепь питания датчика 1 и опорным напряжением с резистора 10. Регулируемый источник 11 напряжения нагружен на делитель, содержащий резистор 12 и выходное сопротив ление оптрона 7 причем выход делителя включен последовательно в выходную цепь датчика 1. Барьерный переход 13 и последовательно включенный ему резистор 9 являфтся нагрузкой высоко частотного reiHepaTOpa I.

Высокочастотная составляющая падения напряжения на резисторе 9 усиливается усилителем 15 переменного напряжения, выход которого связан через детектор 16 с дифференциальным усилителем 17. Вто(эой вход усилителя 17 связан с коммутатором 18, источниками 19 и 20 эталонных напряжений. Выход усилителя 17 нагружен на барьерный переход 13 и через фильтр 21 нижних частот, разделительный конденсйтор 22, выпрямитель 23 и сглаживающий фильтр 2k на оптрон 5.

Устройство работает следующим образом. .

При начальной температуре Т датчика 1 и рабочем напряжении U генератора 2 под воздействием падения напряжения на резисторе 9 и опорного напряжения, снимаемого с резистора 10, HS( выходе усилителя 8 существует сигнал, величина которого изменением опоного напряжения устанавливается таким образом, чтобы рабочие точки оптронов 6 и 7 находились на линейных участках передаточной характеристики. Изменяя напряжение регулируемого источника 11 можно добиться, чтобы падение напряжения на резисторе 12 было равно по величине и противоположно по знаку паразитному нулевому напряжению разбаланс датчика.

Компенсация напряжения температурного разбаланса происходит следующим образом.

При отклонении температуры от Тд изменение входного сопротивления датчика 1 последовательно изменяет падение напряжения на резисторе 9, выходное напряжение вспомогательного усилителя 8, выходное сопротивление оптрона 7 и величину компенсирующего напряжения на резисторе 12. Так как температурный дрейф резистивной составляющей нулевого сигнала полностью отсутствует, а изменение напряжения разбаланса и компенсирующего напряжения обусловлены одной и той же причиной, а именно изменением удельного сопротивления то это обеспечивает большую точность температурной компенсации.

Температурная нестабильность ЭДС Холла приводит к изменению чувствительности датчика , что при неизменном коэффициенте усиления усилителя К искажает результаты измерения. Для компенсации температурной нестабильности изменение напряжения на резисторе 9 преобразуется аналогично описанному выше в изменение выходного сопротивления оптрона 6, что, в свою очередь, изменяет параметры цепи регулировки коэффициента усиления усилителя k и изменяет величину К.

Изменение величины К при этом оказывается обратно пропорциональным не

температурному изменению подвижности, а температурному изменению проводимости.

Для повышения точности необходимо исключить влияние температурного из- $ менения концентрации на изменение коэффициента усиления усилителя 4. Для этого на цепь, состоящую из емкости барьерного перехода 13 и резистора 9, подается высокочастотное на-О пряжение от генератора It, Напряжение с резистора 9 подается на усилитеяь 15 переменного напряжения и детектор 16.

Постоянное напряжение с.выхода детектора и..,.уровень которого оказывает-«5 ся пропорциональным емкости барьерногс верехода 13 подается на первый вход дифференциального усилителя 17, на вто рой вход которого через коммутатор 18 подается эталонное напряжение, напри-20 мер, и от источника 19. При Чл Ц на выходе усилителя 1 существует напряжение DC , смещающее переход в обратном направлении и соответствующее его емкости С при температуре Тв,.При 25 отклонении температуры от Тд на величину дТ температурная генерация носителей заряда в полупроводнике вызывает изменение емкости на величину а напряжения У(у - на величину Ди. О Увеличение напряжения смещения, рав- ное UCM уменьшит емкость на величину iC , причем выполняется равенство . Таким образом, эта часть устройства работает как стаби- 35 лизатор емкости барьерного перехода 13. Изменяя и, можно задавать величину Со. В этих условиях изменение напряжения смещения оказывается пропорциональным изменению концентрации носителей в полупроводнике. Так как выходное напряжение дифференциального усилителя 17 подается также на вход оптрона 5, то изменение его выходного сопротивления изменяет параметры цепи регулировки коэффициента усиления усил теля таким образом, чтобы соответствующее изменение коэффициента усиления компенсировало ту часть изменения коэффициента усиления при введении коррекции по изменению проводимости, которая соответствует изменению концентрации носителей заряда в полупро воднике.

Формула изобретения

Устройство для температурной компенсации датчиков Холла по авт. св. К 883816, отл й-чающееся тем, что, с целью повышения точности температурной компенсации, оно дополнительно снабжено вторым источником эталонного напряжения и коммутатором, через который источники эталонного напряжения подключены к второму входу четвертого усилителя, а также последовательно соединенными разделительным конденсатором, выпрямителем и сглаживающим фильтром, соединяющими фильтр Нижних частот с третьимоптроном.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР V 883816, кл. G 01 R 33/06, 1980.