Компенсационный магнитометр холла

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВй ЕТВЛЬСТВУ Сфез Советских Социалистических Весаублик(51)М, Кл,2С 01 В 33/02 6 01 й 33/06 Государственмый ком мтет СССР по дедам мзобретем ма и открнтмй(72) Авторы ИЗОбрЕтЕИИя НеА е Воронин, И. А.Кулик, Л.1",Оранский и А, И.Охрименко(71) Заявитель Специальное конструкторско-технологическое бюро Донецкого физико-технического института АН УСС 54) КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МАГНИТОМЕТР ХОЛ Изобретение относится к области измерения магнитных полей, в частности сильных магнитных полей сверхпроводящих соленоидов.Существуют различные способы и устройства для линеаризации и стабилизации характеристик датчиков Холла, Известны устройства для измерения магнитной индукции, содержащие .датчик холла с регулирующими резисторами в цепи питания, источник питания, создающий ток через датчик, измерительную схемупороговые элементы, подключенные к выходу измерительной схемы, и управляемые этими элементами 15 ключи, коммутирующие резисторы на выходе датчика так, что в процессе измерений автоматически корректируется " крутизна характеристики преобразования (1. 20К недостаткам устройства следует отнести неудачно выбранный метод регулирования чувствительности преобразования путем шунтирования питаю- щей цепи, датчика, что вносит допол- нительную существенную погрешность ввиду нескомпенсированного влияния изменякщегося магнитосопротивления датчика . 30 Наиболее близким устройством является линейный магнитометр Холла, содержащий датчик Холла, источник, его питания, компенсационный потенциометр и регулирующие компенсирующее напряжение резисторы, подключенные мехду источником опорного напряжения и потенциометром и связанные с движком потенциометра, подключенны через нуль- индикатор к потенциаль" ным электродам датчика Холла 2).Недостатком этого устройства является воэможность удовлетворительной линеаризации только в редком случае, когда характеристика датчика следует тому же закону, что и напряжение на выход компенсационного потенциометра, В то же время серийно выпускаемые датчики Холла (даже оцной серии) имеют боЛьшой разброс и различный, произвоЛьный закон изменения, Например, характеристика датчика может иметь несколько чередующихся участков идеаль" ной линейности и резко выраженной нелинейности. Поскольку, как показали расчеты; характеристика компенсационного потенциометра с корректирукщйми резисторами имеет плавный, монотонный, квадратичныйЕ вых 3 иф,Ш,ОРО11 Виах РГ 40 где щ - число ступеней дискретнойлинеаризации;п - порядковый номер ступени;Вдох- верхний предел измеряемого антоля;73; - крутизна характеристикидатчика на первом и и-мучастках линеаризации; 50опорное йапряжение;коэффициент передачи делителя при введении единицыстаршего разряда делителя(,а= 0,1);ВВ,- выходное сопротивлениеделителя.На фиг. 1 приведена структурнаяэлектрическая схема компенсационногомаГнитометра Холла, а на фиг, 2схема компенсационнрго делителя, 60Компенсационный магнитометр Холласодержит источник 1 опорного напряжения (Ео), декадный тетрадно- десятичный резистивный компенсационныйделитель 2 опорного напряжения, из Ео ,О вид,на участках,где характеристика датчика строго линейна,этот потенциометр будет вносить значительную погрешность. Кроме того применяемый компенсационный потенциометр с плавной линеаризацией характеристик преобразования обладает сложной настройкой и регулировкой,что затрудняет эксплуатацию таких магнитометров при смене датчиков Холла. Наконец, непос - тоянство выходного сопротивления по тенциометра также вносит свою погрешность в показания измерительного прибора в процессе компенсации.Целью изобретения является повышение точности и разрешающей способности магнитометра путем многоступенчатой дискретной линеаризации характеристики преобразования.Лля этого н компенсационном магнитометре Холла, содержащем датчик Холла, источник опорного напряжения, компенсационный потенциометр, нуль- индикатор и связанные с переключающим элементом потенциометра регулирующие резисторы, компенсационный потенциометр выполнен н виде декадного 25 тетрадно- десятичного реэистинного делителя опорного напряжения, собранного на переключателяхпо числу декад, и с регулирующими резисторами набранными по числу ступеней диск- ЗО ретной линеаризации и подключенными посредством контактов снободного поля переключателя старшей декады параллельно выходу делителя, а сопротивления этих резисторов опреде лены по формуле мерительный прибор 3 (нуль- индикатор), датчик Холла 4, переключающийэлемент 5 компенсационного делителяи регулируюшие резисторы б. Комп нсационный делитель 2 питается от источника 1 опорного напряжения Е,.Напряжение с выхода делителя 2 используется для компенсации ЭЛСдатчика Холла. В зависимости от положения переключающего элемента 5к выходу делителя 2 подключаетсяодин иэ шунтирующих (регулирующих)резисторов б, количество которыхсоотнетстнует числу делений старшихразрядов делителя 2. Источник опорного напряжения 1 подключен ко входуделителя 2, а выход этого делителя,шунтиронанный регулирующими резисторами б, соединен с последовательновключенными нуль- индикатором 3 ипотенциальной целью датчика 4Компенсационный делитель содержит декады делителя 711, декадные резисторы 1215, поля галетного переключателя старшей декады 1620 ирегулирующие резисторы 2130.Устройство работает следующимобразом.При помещении в измеряемое поледатчика 4, через электроды котороготечет постоянный ток возбуждения,напряжение, возникающее на потенциальных электродах датчика, вызоветотклонение стрелки прибора 3 от нулевого деления, Переключая ( вручную или автоматически) делитель 2 исвязанные с делителем через ключевыеэлементы 5 регулирующие резисторы 6,добиваются полной компенсации выходного напряжения датчика 4 (стрелкаприбора устанавливается на нулевуюотметку), При этом автоматическипроизводится коррекция нелинейностивыходной характеристики преобразования в соответствии с характером нелинейности датчика Холла,В компенсационном магнитометреХолла применен пятидекадный тетрадно- десятичный резистинный делительс постоянным выходным сопротивлением,обеспечивающий до 10 градаций. Еслиэтот делитель применить в магнитометре с линейным датчиком Холла,относительная точность измерения составит 0,1 юТ. При нелинейности,преобразонания 10 во всем диапазоненелинейность с помощью такого делителя может быть уменьшена до 1,если при достижениииндукции определенной величины подключить параллельно выходу делителя дополнительный регулирующий резистор, увеличивающий (или уменьшакщий) напряжение компенсационного делителя и темсамым компенсирующий увеличениеделителя для каждого участка линеаризонанной характеристики определяется но формуле%1=Л, К:- ,),; -- .ОЕщ ьыхгде- компенсирулцее выходноенапряжение делителя)В,ц - резистор, нключенный параллельно выходу делителяй - выходное сопротивление невылшунтиронанного делителя,не зависящее от Бк и постоянное во нсем дйапазоне 1Ео - опорное (делимое) напряжение 15компенсации;,о - коэффициент передачи делителя.Из формулы ВиднО, что П) можно изменять, меняя Вш. Согласйо предложенному решению Вш нужно менять по закону,О - коэффициент передачи делителя при введенной единице разряда делителя, соотнетствующей первой ступени линеариэации; 40п - порядковый номер ступенилинеаризации,Практически удобно иметь ряд резисторов с сопротивлением, рассчитанным для соответствующего участка(с учетом величины . ) по приведенной формуле.Такое выполнение заявляемого магнитометра обеспечивает получениеследующего положительного эффекта.Обеспечивается возможность линеаризации характеристик, изменяющихсяпо любому закону с точностью, определяемой дробью ф , где д - погрешщность нелинеаризонанного датчика, 55в - число ступеней дискретизации,Повышается точность линеаризациии измерений, например, до 13 приисходной нелинейности датчика в 10и 10 участках дискретизации характеристики,Вез изменения параметров основныхэлементов схемы обеспечивается быст"рая настройка и наладка магнитометрав случае замены датчика Холла дат чиком с любым пронзвольньм закономизменения характеристики (н том числе с чередованием уча.".ткон линейности и нелинейности) - достаточно произвести расчет по нышеприведеннойформуле для Р регулирукщих резисторови их замену в магнитометре.Данный компенсационный магнитометр Холла позволяет решить задачуизмерения полей н широком диапазоне,в том числе и сверхпроводящих соленоидов с высокой для практики точностью и простыми средствами,Формула изобретенияКомпенсационный магнитометр Холла, содержащий датчик Холла, источник опорного напряжения, компенсационный потенциометр, нуль- индикатор и связанные с переключающим элементом потенциометра регулирующие резисторы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и разрешающей способности магнитометра путем . многоступенчатой дискретной линеаризации характеристики преобразования, в нем компенсационный потенциометр ныполненн виде декадного тетрадно- десятичного резнстивного делителя опорного напряхення, собранного на переключателях по числу декад, и с регулирующими резисторами, набранньии по числу ступеней дискретной линеариэации и подключенными посредством контактов снободного поля переключателя старшей декады параллельно выходу делителя, а сопротивления этих резисторов определены по формулевыл 3%Ял уев х 13 лВ ВОхгде щ- число ступеней дискретнойлинеаризации;и - порядковый номер ступени 1В - верхний предел измеряемогоьахполя;,)" - крутизна характеристиКидатчика на первом и и-мучастках линеариэации;Е - опорное напряжение 1о- коэффициент передачи делителя при введении единицы старшего разряда дели-ля (,б,(= 0,1) уй - выходное сопротивлениеььпделителя.Источники информации,принятые но внимание при экспертизе1. АвторскОе свидетедьство СССРР 458791, 6 01 В 33/06, 1971,2, Авторское свидетельство СССРф 431475 ю01 й 33/06 т 1971691790 Е г.г ж 1090 Подлиснодарственного комитета СССР изобретений и открытий . Ж, Раушская наб.,д.4/5/36 Тира ЦНИИПИ Госу по делам 113035, Москва, лиал Патент г.уж ул.Проектная,4 Составитель Е,Данилйна Редактор Л.Гольфман ТехредН,Бабурка Коррект Н,С ректор Н,С Закаэ 6208