Устройство для измерения индукции магнитного поля и температуры

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 190678 (2 ) 2629536/18-21 (51) М фл с присоединением заявки Ио(23) Приоритет 6 01 Р 33/06 Государственный комитет СССР но ледам нтобретений и о гкрытий(72) Авторы изобретения И.А. Болывакова и В,Ф, Чекурин Львовский ордена Ленина политехническийинститут(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНДУКШЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ И ТЕМПЕРАТУРЕ 4Устройство относится к измерительной технике и может быть исполь эовано для одновременного пм:.,гния индукции магнитного поля и температуры, например, в магнитных системах,Известно устройство, содержащее измерительный зонд с датчиком Холла, в котором термостатирование датчика Холла производится путем изменения силы входного тока 11) . 10Однако сигнал, используемый в таком устройстве для контроля температуры, зависит и от магнитного поля, что снижает точность измерений. Кроме того, устройство не позволяет 15 измерять температуру.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее датчик Холла в теплоизолирующем корпусе, источники 20 постоянного и переменного напряжений, мост переменного тока и управляющий элемент - транзистор, В этом устройстве входная цепь датчика включена одновременно в одно из плеч 25 моста переменного тока и в цепь,состоящую из последовательно подсоединенных источника постоянного тока и транзистора 1.23. Изменение температуры датчика приводит к изменению вход ного сопротивления его и к последующему разбалансу моста, Преобразованный сигнал раэбаланса моста поступает на базу управляющего транзистора, что приводит к изменению силы постоянногэ тока, протекающего во входной цепи датчика Холла, а следовательно, к изменению его температуры. Однако в силу существования эффекта магнитосопротивления изменение входного сопротивления датчика Холла может быть обусловлено не только изменением температуры, но и изменением магнитного поля, т.е, в таком устройстве температура датчика Холла зависит от индукции магнитного поля, что снижает точность измерений. Кроме того, иэ принципа работы устройства следует, что входной ток датчика содержит постоянную и переменную составляющие, причем постоянная составляющая является функцией температуры среды и магнитного поля. В связи с этим выходной сигнал датчика Холла также содержит постоянную и переменную составляющие и зависит как от магнитного поля, так и от температуры, причем зависимость от магнитного поля становится негде с - толщина активной пластины датчика Холла;,К(7) - постоянная Холла, зависящая от температуры входной ток датчика 3 Холла,В - индукция магнитного поля.Это напряжение поступает на вход регулируемого источника 5 постоянного тока, что приводит к увеличению входного тока датчика Холла.Увеличение входного тока датчика Холла приводит,во-первых, к увеличению напряжения на электродах 3,4 и на входе регулируемого источника постоянного тока, что вызывает дальнейшее увеличение входного тока,во-вторых, к увеличению мощности,рассеиваемой на датчике Холла,чтовлечет за собой повышение его температуры. Поскольку измеряемаятемпература всегда ниже температу-ры инверсии проводимости, то процессувеличения температуры активнойпластины датчика Холла продолжаетсядо тех пор, пока температура активной пластины не станет равной температуре инверсии проводимости,прикоторой постоянная Холла равна нулю.Напряжение на электродах 3, 4 и навходе регулируемого источника 5 пос тоянного тока также становится равным нулю. Изменение входного токапрекращается, В случае, если температура активной пластины датчика2 Холла превысит температуру инверсии 20 проводимости, на выходных электродах3,4 и на входе регулируемого источника постоянного тока появляется напряжение противоположного знака, чтовызывает уменьшение входного токадатчика Холла. Уменьшение входноготока датчика Холла продолжается дотех пор, пока напряжение на электродах 3,4 и на входе регулируемогоисточника 5 постоянного тока нестанет равным нулю, т.е. до тех пор,пока температура активной пластиныдатчика Холла не станет равной температуре инверсии проводимости.Таким образом, это состояние, прикотором температура активной пластины датчика Холла равна температуреинверсии проводимости, является устойчивым. Величина входного тока,прикоторой достигается это состояние,зависит от температуры среды.40 За единицу времени от активнойпластины датчика Холла отводитсяколичество теплотый=,к - дта45 где 5 - поверхность активнойпластины,"КТ - коэффициент теплопроводности,дТградиент температуры.Считая расстояние от поверхностиактивной пластины датчика Холладо поверхности,измерительного зонда1 достаточно малым, а также принимая, что температура на поверхностиизмерительного зонда совпадает с температурой среды, определяют грапиент температурый)дх 6фо где Т - температура активной пласоФтины датчика Холла,д - расстояние от поверхностиактивной пластины датчикаХолла до поверхности изме тельного зонда.Учитывая, что активная пластина датчика Холла имеет Форму параллелепипеда, а также считая, что градиент температуры постоянен, по поверхности пластины и определяется формулой (3), получают, что количество теплоты, отводимой со всей поверхНости пластины эа единицу времени,(ЧС другой стороны, количество выделяемой теплоты+ ьх)ьх 5) где Оь - входное напряжение датчика Холла.В установившемся состоянии температура активной пластины датчика Холла равна температуре инверсии проводимости, а количество отводимой теплоты равно количеству выделяемой теплоты, откудад=о ьх "ьхк, (ь)Температура среды оказывается линейной функцией входной мощности датчика Холла:17) где 5 - коэффициент.Постоянные Т и ф могут быть определены экспериментально для каждого измерительного зонда путем градуировки его. Таким образом,измеряя с помощью прибора 8 входное напряжение, а с помощью прибора 9 .входной ток датчика Холла, из формулы (7) получают значение измеряемой температуры. Вычисляя по 763823измеренным значениям 1 ь и О Ьуьхвходное сопротивление датчика, по кривой на фиг.2 определяют индукцию магнитного поля.Поскольку температура инверсии проводимости полупроводников р-типа не зависит от индукции магнитного поля, то благодаря этому исключается погрешность в измерении температуры, обусловленная магнитным полем и достигается повышение точности измерения температуры.Формула изобретенияУстройство для измерения индукциимагнитного поля и температуры, содержащее датчик Холла в теплоизолирующем кожухе и регистрирующие приборы,о т л и ч а ю.щ е е с я тем, что,20 с целью повышения точности измерений,оно снабжено регулируемым источникомпостоянного тока, выход которогоподключен к токовым, а вход - кхолловским электродам датчика Холла.2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ.е е с я тем, что датчикХолла выполнен в виде полупроводникового.кристалла р-типа, в которомточка температурной инверсии проводимости выше верхней границы диапазона измеряемых температур.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 488168, кл. 6 01 й 33/06, 1973.2. Авторское свидетельство СССРР 469196, кл. С 01 К 33/06, 1973.763823 Д бх Ж- ьк Д) Составитель Б, ДанилинаТехред И,Рейвес Корректор С. Шекмар Редактор Т; Юрчикова Тираж 1019 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5