Измеритель электродвижущей силы холла

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК(19) 01)3/06 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОБРЕТЕНИ СТВ(71) Институт электродинамики АН Украинской ССР(56) 1. Авторское свидетельство СССР Р 883818, кл, 6 01 Н 33/06, 1980. ( 54)( 57) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ХОЛЛА по авт. св. Р 883817, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона и повышения точности измерения устройства, в него введены масштабный сумматор, первый, второй и третий входы которого подключены к выходам ОПИСАНИЕ И АВТОРСКОМУ СВИ переключателя; источника питания,и делителя частоты соответственно, а выход - ко входу синхронного детектора, два фазовращателя, вход каждого из которых подключен к одному из электродов в разных парах противоположных электродов датчика Холла, а выходы -" к четвертому и пятому входам масштабного сумматора, блоК сравне ния, один вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, а второй - к источнику опорного напряжения, ключ, один вход которого подключен к выходу блока сравнения, а другой - к источнику компенсационного напряжения, и сумматор, входы которого подключены к выходам амплитудного Е детектора и ключа, а выход - к входуиндикаторного прибора.. измерения истинного значения ЭДСХолла и предназначенно для использо, ".вания в магнитоизмерительной аппаратуре, в частности для построения из" .мерителей.параметров постоянных, переменных и импульсных магнитных полей.По.основному, авт. св. Р 883817известен измеритель электродвижущейсилы Холла содержит датчик Холла сдвумя парами противоположных электродов, подключенный к переключателю,последовательно соединенные источникпитания, умножитель (делитель частоты), синхронный детектор, фильтр нижних частот и амплитудный детектор,индикаторный прибор, переключательтока, подключенный к умножителю, источнику питания и через два понижающих трансформатора к датчику Холла,регистратор, подключенный к выходуфильтра. С целью автоматическогоустранения погрешности от напряжениянеэквипотенциальности, переключательпоочередно подключает одну из парпротивоположных электродов к входусинхронного детектора, а переключа-.тель тока подключает другую пару элек;.тродов к выходу источника Питания.Коммутация пар электродов производитсятаким образом, что напряжение неэквипотенциальности на выходе синхронногодетектора изменяет свой знак с частотой коммутации пар противоположныхэлектродов, а ЭДС Холла не изменяетсвоего знака. Это позволяет осущест-.з 5вить частотное разделение напряжениянеэквипотецциальности и .ЭДС Холла,для чего используется фильтр нижнихчастот, подключенный к выходу синхронного детектора, использование40понижающих трансформаторов позволяетзначительно уменьшить величину кбммутационных всплесков, имеющих местопри работе коммутатора тока Ц .Однако возможности измерения ин" 45дукции слабых постоянных и переменныхмагнитных полей таким устройствомограничены присущими ему недостатками,При подключении пар Холловских электродов к входу синхронного детектора . 50одновременно с ЭДС Холла на вход последнего поступают напряжения, изменяющиеся с частотой тока питания.Это связано с твм, что в любой моментвремени одна из пар противоположныхэлектродов датчика Холла подключеначерез переключатель к входу синхронного детектора и параллельно каждойиз пар электродов ,включена вторичная обмотка одного из понижающихтрансформаторов, При подключении вто" 60ричной обмотки трансформатора к входу синхронного детектора переключательтока должен обеспечить отсутствие нап ряжения источника питания на егопервичной обМотке,65 Однако используемым переключателем тока, выполненным на полупроводниковых элементах, свойственно наличие остаточных параметров: обратного сопротивления, обратного паразит"ного тока, остаточной паразитнойЭДС, которые приводят к появлениюна первичной обмотке напряжения,изменяющегося с частотой источникапитания. Это напряжение поступает вовторичную обмотку благодаря как индуктивной, так и емкостной связимежду обмотками, причем напряжениена вторичной обмотке, обусловленноеемкостной связью, сдвинуто по Фазеотносительно тока источника питанияна угол, близкий к 90 . Кроме напряжения с частотой источника питания,остаточные параметры переключателятока обусловливают присутствие напервичной, а значит и на вторичнойобмотке понижающих трансформаторов,прямоугольного напряжения, изменяюще-.гося с частотой переключения коммута"тора тока, так называемого "пьедеста-.ла ". Указанные напряжения достигают значения сотен микровольт и более,что существенно ограничивает динамический диапазон измерения индукции переменных и постоянных магнитныхполей в области слабых. (с индукциейоколо 1 т Т и менее) полей, Кромеукаэанных напряжений, при измерениииндукции слабых переменных полей появляется аддитивная погрешность,обусловленная в основном шумами коммутатора тока и переключа- .теля, причем эта аддитивная погрешность зависит от величины индукцииизмеряемого магнитного поля.Цель изобретения - расширениединамического диапазона и повышениеточности измерения устройства,Поставленная цель достигается тем,что в измеритель, содержащий датчикХолла с двумя парами противоположныхэлектродов, подключенный к нему переключатель, соединенный с выходом умножителя частоты, синхронный детек .тор, вход которого подключен к входупереключателя, и индикаторный прибор,переключатель тока, управляющая цепькоторого подключена к умножителючастоты и к входу синхронного детектора, два понижающих трансформатора,первичные обмотки которых связаны спереключателем тока, а вторичныеподключены к парам противоположныхэлектродов датчика Холла, последовательно соединенные фильтр нижних час".тот, амплитудный детектор, подключенный к выходу синхронного детектора,и регистратор, подключенный к выходуфильтра, введены масштабный сумматор,первый, второй и третий входы которого подключены к выходам переключателя, источника питания и делителячастоты соответственно, а выход -, квходу синхронного детектора, два фазонращателя, вход каждого из которыхподключен к одному из электродов вразных парах противоположных электродов датчика Холла, а выходы - к четвертому и пятому входам масштабногосумматора, блок сравнения, один входкоторого подключен к выходу амплитудного детектора, а второй - к источнику опорного напряжения, ключ,один вход которого подключен к выходу 10блока сравнения, а другой - к источнику компенсационного напряжения, исумматор, входы которого подключенык выходам амплитудного детектора иключа, а выход - к входу индикаторного прибора.На фиг. 1 представлена функциональфная схема устройства 1 на фиг. 2 -зависимость напряжения от индукции вамплитудном детекторе и сумматоре.Измеритель (фиг. 1) содержит дат-.чик 1 Холла с двумя парами противоположных электродов 2, 3 и 4, 5, понижающие трансформаторы 6 и 7, переключатель 8, дна фазовращателй 9 и 10,2масштабный сумматор 11, синхронныйдетектор 12, фильтр 13 нижних частот,регистратор .14, амплитудный детектор 15, блок 1 б сравнения, ключ 17,сумматор 18, индикаторный прибор 19,коммутатор 20 тока, источник 21 пита- З 0ния, делитель 22 частота,Устройство работает следующим образом.В любой момент времени одна изпар противоположных электродов 2, 35, 3 и 4, 5 датчика 1 Холла через соответствующий понижающий трансформатори коммутатор 20, тока подключена кисточнику 21 питания, а другая парачерез переключатель 8 и масштабный 40сумматор 11 - к входу синхронногодетектора 12, причем подключение парэлектродов производится поочереднои таким образом, что на входе синхронного детектора напряжения незкви потенциальности изменяют свою фазуна 180 после каждого переключений,оа ЭДС Холла не изменяет фазы, Такимобразом в устройстве используетсясвойство взаимности датчика Холлапо отношению к напряжению неэквипотенциальности и антивзаимности по отношению к ЭДС Холла, что позволяетполучить на выходе синхронного детектора 12 напряжение неэквипотенциальности в виде переменного напряже 5ния, изменяющегося с частотой коммутации пар электродов датчика Холла, а ЭДС Холла - в виде постоянногонапряжения на выходе синхронного де%тектора при измерении индукции постоянных попей или н вице переменногонапряжения на выходе фильтра 13 нижних .частот, закон изменения котороаосоответствует закону изменения. измеряемой индукции переменного магнитного поля. Устранение влияния напряжения с частотой тока питания на входе синхронного детектора 12, обуслонленного емкостной связью между обмотками понижающих трансформаторов б и 7, происходит следующим образом.Допустим, что пара электродов,2, 3 датчика 1 .Холла подключена через понижающий трансформатор б и коммутатор 20 тока к источнику 21 питания, а пара электродов 4, 5 через переключатель 8 и масштабный сумматор 11- к входу синхронного детектора 12. При этом на вход синхронного детекто-ра поступает и напряжение с частотой тока питания, обусловленное емкостной связью обмоток понижающего транс-, форматора 7. Для исключения этого напряжения на входе синхронного детектора напряжение со вторичной обмотки понижающего трансформатора б подается на вход фазовращателя 9, сдвигающего фазу указанного напряжения, таким образом, чтобы она отличалась от фазы напряжения, обусловленногомежобмоточной емкостью, трансформатора 7 на 180 , Масштаб суммирования этих двух напряжений выбирается из условия равенства их амплитуд, что.позволяет практически полностью устранить напряжение, обуслонленное межобмоточной емкостью трансформатора 7 на входе синхронного детектора 12. Аналогичным образом с помощью фаэовращателя 10 и масштабного сумматора 11 устраняется напряжение, обусловленное межобмоточной емкостью трансформатора б при подключении к входу синхронного детектора пары электродов 4, 5 датчика 1 Холла С целью устранения напряжения "пьедестала", на вход масштабного сумматора 11 подается прямоугольное напря- жение с выхода делителя 22 частоты, изменяющееся с частотой коммутации пар электродов датчика 1 Холла, причем, так как напряжение "пьедесталов" при подключении разных пар электродов датчика Холла разные, то производится не устранение .каждого из "пьедесталов", а выравнивание их, т, е. благодаря подаче напряжения с выхода делителя частоты в определенной фазе и в определенном масштабе производится регулировка (поднятие или опускание ) одного из"пьедесталов" с целью. установления его равенства по величине и знаку нерегулируемому "пьедеста" лу". Напряжение с частотой тока питания, поступающее на вход синхронногО детектора 12 благодаря индуктивной снязи между обмотками понижающего трансформатора, отключенного.н данный момент от источиика питания, устраняется в масштабной сумматоре подачей на один иэ его входов напряжения ис1026100 30 дюр Филиал ППП "Патент г.ужгород, ул.Прое ная,4 точника питания в фазе, отличной на 180 ф от устраняемого напряжения.С целью уменьшения аддитивной погрешности, обусловленной напряжением шума на входе амплитудного детектора, производится компенсация напряжения шума на выходе амплитудного детектора; причем компенсирование производится в зависимости от величины индукции измеряемого магнитного поля. Выходное напряжение О амплитудного детек тора 15 поступает на вход сумматора 18 и на вход блока 16 сравнения, выход которого.с помощью ключа 17 либо подключает напряжение компенсации Оок второму входу сумматора, либо 15 отключает его. В отсутствие магнитного поля напряжение О на выходе амплитудного детектора 15 обусловлено напряжением шума (фиг. 2). Так как величина опорного напряжения 20 схемы сравнения (4 п выбрана таким образом, что ЦоО ,то блок сравнения не срабатывает и напряжение компенсации через ключ 17 поступает на вход сумматора 18, причем благодаря выполнению равенства 0 щк =3 производится полная компенсация аддитивной погрешности, обусловленной напряжением шума, при отсутствиии магнитного поля. При достижении индукцией измеряемого магнитного поля некоторой величины 8 срабатывает блок 16 сравнения и,напряжение компенсации отключается от входа сумматора 18. Величинаопределяется значением напряжения Оо , которое выбирается таким образом, чтобы скачок напряжения О, соответствующий моменту срабатывания блока 16 сравнения, делился пополам прямолинейным продолжением зависимости О - 1(8) показанным на фиг. 2 штриховой линией. Таким образоМ, использование новых элементов - масштабного сумматора, двух фазовращателей, блока сравнения, ключа и сумматора - позволит устраф; нить напряжение с частотой тока питания и напряжение "пьедестала", обусловленные остаточными параметрами переключателя и коммутатора тока и недостатками конструкции понижающих трансформаторов, а также устранить аддитивную погрешность устройства при отсутствии магнитного поля с ее уменьшением приблизительно в два раза при измерении слабых магнитных полей, что позволяет расширить динамический диапазон измеряемых магнит-. ных полей в область слабых полей и повысить точность измерения индукции магнитных полей. ВНИИПИ Заказ 4553/3Тираж 710 Подписное