Измеритель электродвижущей силы холла

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН А 3/О4 Сэ О НОМИТЕТ СССРЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ УДАРСТВЕН ДЕЛАМ ИЗО ГфМ1 О НИ ПЬСТВУ Х АВТОРСКОМУ ти изЭ С 61) 88 (21) 39 (22) 15 (46) 30 (71) Ин АН УССР 8171842/2407.8504.87.Б титут э Р 16родинамик Кирилюк,ни, С.Г,Таран айко, С,Г.Мд ика ойс асти носитс и является дополн883817. Цель(56) Авторское ск 883817, кл. 654) ИЗМЕРИТЕЛЬХОЛЛА57) Изобретениеэлектроизмеренийтельным к авт.св ИЕ ИЗОБР 088.8)идетельство СССР 1 Й 33/06, 1980. ЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЬ изобретения - повыщение точносмереник ЭДС Холла. Измеритель ДХолла содержит датчик 1 Холла сдвумя парами противоположных электродов 2,3 и 4,5, трансформаторы б и 7,переключатели 8 и 11 тока, источник9 питания, умножитель 10 частоты,синхронный детектор 12, фильтр 13нижних частот, регистр 14, амплитудный детектор 15, аналого-циФровойпреобразователь 17 и цифровой индикатор 18. В устройство введены переключатель 16, формирователь 19 абсолютного значения, ключи 20 и 21,масштабирующий сумматор 22, индтор 23 знака и согласующее устр тво 24. Введенные элементы и образо1307412 годаря этому повышается точностьВизмерения в сильных магнитных полях,а также становится возможным определить направление вектора индукциимагнитного поля. 1 ип. Изобретение относится к электроизмерениям, в частности к измерителямистинного значения электродвижущейсилы Холла, и является усовершенствованием измерителя, описанного в 5авт.св. Ф 883817.Пель изобретения - повышение точности измерений ЭДС Холла,На чертеже представлена функциональная структурная схема измерителяэлектродвижущей силы Холла.Устройство содержит датчик 1 Холла с двумя парами противоположныхэлектродов 2,3 и 4,5 каждая из которых подключена к вторичным обмоткампонижающих трансформаторов 6 и 7.Первичные обмотки этих трансформаторов через переключатель 8 тока подключены к источнику 9 питания, другойвыход которого подключен к умножителю 10 частоты. Обе пары противоположных электродов 2,3 и 4,5,цатчикаХолла подключены к переключателю 11,выход которого подключен к входу25синхронного детектора 12. Управляющие входы переключателя 8 тока, переключателя 11 и синхронного детектора 12 подключены к выходу умножителя 1 О частоты. Выход синхронного детектора 12 подключен к входу фильтранижних частот, выход которого подключен к входам регистра 14 и амплитудного детектора 15 . Выход амплитудного детектора 15 и выход синхронного детектора 12 подключены к входам 35переключателя 16, выход которого подключен к измерительному входу аналого-цифрового преобразователя 17, выходной код которого подается на цифровой индикатор 18. Выход синхронного детектора 12 подключен к входуформирователя 19 абсолютного значения, выход которого подключен к объединенным входам ключей 20 и 21. Выходы последних подключены к двум входам 45 ванные функциональные связи позволяют линеаризировать зависимость ЭДСХолла от величины и направления вектора индукции магнитного поля, воздействующего на датчик 1 Холла. Бласумматора 22, на третий вход которогоподается опорное напряжение. Выходмасштабного сумматора 22 подключенк входу аналого-цифрового преобразователя 17. Выход знакового разрядааналого-цифрового преобразователяподключен к входам индикатора 23 знака и согласующего устройства 24, выход которого подключен к управляющимвходам ключей 20 и 21.Устройство работает следующим образом,Переключатель 11, управляемый умножителем 1 О частоты, поочередноподключает пары электродов 2,3 и 4,5датчика 1 Холла к синхронному детектору 12. Переключатель 8 тока поочередно подключает первичные обмоткитрансформаторов 6 и 1 к источнику 9питания, в результате чего датчик 1Холла запитывается поочередно черезпары электродов 2,3 и 4,5 током, возникающим во вторичных обмотках понижающих трансформаторов б и 7. Приэтом в любой момент времени одна изпар противоположных электродов датчика 1 Холла подключена через переключатель 11 к входу синхронного детектора, а вторая пара через один изпонижающих трансформаторов б и 7 ипереключатель 8 тока - к источнику9 питания. Коммутация пар электродовпроизводится таким образом, что согласно свойства взаимности датчикаХолла для напряжения неэквипотенциальности и антивзаимности для ЭДСХолла напряжение неэквипотенциальности на выходе синхронного детектора12 будет изменять свой знак с частотой коммутации переключателей 8 и 11,в то время как ЭДС Холла изменятьзнак не будет, таким образом, среднее за период коммутации переключателей 8 и 1 значение выходного напряжения синхронного детектора 11 пропор1,27 55 ционально только ЭДС Холла, возникающей в датчике 1 Холла при воздействии на него составляющей индукцииисследуемого магнитного поля, Еслиполосу пропускания фильтра 3 нижнихчастот выбрать таким образом, чтобыв нее не попадала частота коммутациипереключателей 8 и 11, то выходноенапряжение фильтра 3 пропорционально только ЭДС Холла, возникающей в 10датчике Холла при воздействии на негоиндукции изменяющегося во временимагнитного поля. Значение этой ЭДСХолла фиксируется регистром 14. Еслиизмерительный вход АЦП 17 с помощью 15переключателя 16 подключен к выходуамплитудного детектора 15, то показания цифрового индикатора соответствуют амплитудному среднему илидействующему значению измеряемой 20ЭДС Холла, возникающей в датчикеХолла при воздействии на него переменных магнитных полей. Если измерительный вход АЦП через переключатель16 подключен к выходу синхронногодетектора 12, то показания цифровогоиндикатора 18 соответствуют ЭДС Холла, возникающей в датчике 1 Холлапри воздействии на него постоянногомагнитного поля. При этом появляет- ЗОся возможность фиксирования знакаизмеряемой ЭДС Холла, который зависит от направления вектора индукциивоздействующего магнитного поля, дляэтого в используемом АЦП должно быть 35предусмотрено автоматическое определение порядности входного сигнала. Среднее за период коммутации переключателей 8 и 11 значение выходного напряжения синхронного детектора 12 Щ ) пропорционально ЭДС Холла (Х),возбуждаемой в датчике индукцией постоянного магнитного поля где К, - коэффициент передачи синхронного детектора.Это напряжение поступает на вход формирователя 19 абсолютного значения, выходное напряжение Щ ) которого определяется выражением11э 111 1эх) х где К- коэффициент передачи формирователя абсолютного значения. Среднее значение выходного напряжения синхронного детектора 2 поступает на иэмерительньп вход АЦП, соответствующее ему значение выходного АЦПпоявляется на цифровом индикаторе 18, а знак - на индикаторе 23 знака. Одновременно сигнал с выхода знакового разряда ЛЦП поступает на согласующее устройство 24, вырабатывающее сигнал, параметры которого удовлетворяют требованиям, предъявляемым к управляющему сигналу ключей 20 и 21. Управление ключами осуществляется таким образом, что в любой момент времени в зависимости от полярности напряжения Б один иэ нихгзамкнут, а второй - разомкнут. Например, если , ) О, то замкнут ключ 20 и разомкнут ключ 21; при О,О ключ 20 разомкнут,а ключ 21 замкнут. Через один из ключей выходное напряжение формирователя 19 абсолютного значения поступает на один из входов масштабного сумматора 22. Далее будем рассматривать работу измерителя при направлении вектора индукции магнит ного поля, воздействующего на датчик Холла, соответствующем значениям 3 хО, а значит и Б,О, При этом замкнут ключ 20, а ключ 21 разомкнут, т.е, выходное направление масштабного сумматора 22 (ц ) определяется выражением где Ц - опорное напряжение;К - масштабный коэффициент сумматора 22 по входу, к которому подключен ключ 20.Значение выходного кода АЦП определяется выражением Ьг Кп 1 хИ=А = - =А , (1) г о го где А - постоянная, зависящая от количества кодовых разрядов АЦП.Допустим К о = О, тогда значение выходного кода АЦП определяется выра- жением т.е, показания цифрового индикатора18 линейно зависят от величины , .Определяем величину отклонения этихпоказаний (ОИ) от линейной зависимости (1) для случая, когда КО,307412 6 фициент передачи масштабного сумматора 22 по входу, к которому подключен ключ 2 - К . Выражение (3 в этом случае примет нид и К 11 К 9 1111о21 9 2 20 11.1,Из выражения (3) видно, что величина отклонения изменяется по квадра- Отичному закону и знак отклонения противоположен знаку ЭДС Холла., т,е. величина отклонения вычитается из И,Таким образом, показания цифровогоиндикатора 18 с увеличениемотклоняются от линейной зависимости отв сторону уменьшения. Такая зависимость показаний цифрового инди -катора 18 от ЭДС Холла позволяеткорректировать нелинейность характеристики преобразования датчика Холла, обусловленной увеличением егочувствительности с ростом индукциимагнитного поля, воздействующего надатчик. Выражения (1 и (3) получены для случая, когда вход масштабно"го сумматора 22, к которому подключен ключ 20, является суммирующимпо отношению к опорному напряжению.Нетрудно показать, что если этот З 0вход будет вычитающим, то знаки ввыражении (3 изменятся на противоположные, Тогда показания цифровогоиндикатора 18 с увеличением ЭДС Холла будут отклоняться от линейной зависимости от х в сторону увеличения, что позволяет корректироватьнелинейность характеристики преобразования датчика Холла, обусловленную уменьшением его чувствительности 40с ростом индукции магнитного поля,воздействующего на датчик. Вид приведенных ньппе выражений .сохранится и для случая, когда вектор индукции магнитного поля изменит свое направление на противоположное, однако необходимоучесть, что при этом 1 х с О и, следовательно, Г сО, т.е. ключ 2 О будет разомк нут, а ключ 21 замкнут и вместо коэффициента передачи масштабного сумматора 22 К и необходимо ввести коэф -ВНИИПИ Заказ 1 б 29/4 б Тираж 731 Подписное Гроизв.-полигр, пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 5х1 ИпК 1+ КО 20 9 12 х х)1-1 оПосле преобразований получим Таким образом, подбирая соответствующую величину К и К можно21корректировать ассиметрию диаграммы направленности датчика Холла,Использование изобретения позволяет линеаризировать зависимость ЭДС Холла от величины и направления вектора индукции магнитного поля, ноздействующего на датчик Холла, благодаря чему поньппается точность измерения в сильных магнитных полях, а также позволяет определитьнаправление вектора. индукции магнитного поля,Формула изобретения Измеритель электроднижущей силы Холла по авт.св.1 п 883817, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения точности измерений, в него введены переключатель, индикатор знака, согласующий блок, масштабный сумматор, два ключа и формирователь абсолютного значения, вход которого соединен с выходом синхронного детектора, первый вход переключателя соединен с выходом амплитудного детектора, второй вход - с выходом синхронного детектора, а выход - с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, входы йндикатора знака и согласующего блока соединены с выходом знакового разряда аналого-цифрового преобразователя, выход масштабного сумматора соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, входы ключей соединены с выходом формирователя абсолютного значения, а выходы - соответственно с первым и вторым входами масштабного сумматора, третий вход которого соединен с источником опорного напряжения, причем управляющие входы ключей соединены с выходом согласующего блока.