Цифровой измеритель магнитной индукции

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИДЛИСТИЧЕСКИЕСПУБЛИК 01 06 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ М 6едовательский инстит, А,А.Остапов, О.Т,Чигирин е свидетельство СС МАГНИТ, 1972.Й ИЗМЕРИТЕИе относится кний и может бц ехнике магь использо нопушка ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(61) 347704 (21) 475077 Ю 21 (22) 16.10.89 (46) 15.02,92, Бю (71) Научно-ис "Квант" (72) ИЛ.Смирно и Ю.Т.Чигирин (53) 621,317.44 (56) Авторско М 347704, кл. 6 02 К 33/06 (54 ЦИФРОВО НОЙ ИНДУКЦИ (57) Иэобретени нитнь 1 х измереИн 3 увццоннав вано для прецизионного измерения в широком динамическом диапазоне индукции постоянных магнитных полей. Цель - повышение точности измерения - достигается введением в устройство двух групп элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ 8,9, регистра 11, триггера реверса 7, элемента И 15 и двоично-десятичного дешифратора 13. Устройство содержит также датчик Хо 1 ла 1, стабилизатор тока 2, циФровое отсчетное устройство 12, источник питания 4, каФушку 3 индуктивности, преобразователь напряжение - код 5, блок деления 10,реверсивнцй счетчик 6 и блок управления , 14. 1 ил.Изобретение является дополнительным к авт.св, М 347704, Относится к области магнитных измерений и может быть использовано для прецизионного измерения в ОЬроком динамическом диапазоне индук ции постоянных магнитных полей.Целью изобретения являетсч повышение точности измерения.На чертеже приведена блок-схема цифровога измерителя магнитной индукции. "0Цифровой измеритель магнитной индукции состоит из датчика Холла 1, стабилизатора тока 2, индукционной, намотанной на датчик Холла, катушки 3, источника питания 4, преобразователя напряжение-код 5, 15 реверсивного счетчика б, триггера реверса 7, групп элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ 8,9, блока делителя 10, регистра 11, цифрового отсечного устройства 12, двоична-десятичного устройства 12, двоична-десятичного дешиф ратора 13, блока управления 14 и элемента И 15.Блок управления 14 состоит из генератора импульсов 1 б, элемента И 17, счетчика 18. элемента" ИЛИ 19, триггера 20, элемента ИЛИ 21, выключателей 22, 23 и дешифратора 24.Таковые электроды датчика Холла 1 соединены со стабилизатором тока 2. Потенциальные электроды датчика Холла 1 30 соединены с сигнальным входом преобразователя напряжение-код 5. Обмотка индукционной катушки 3 соединена с источником питания 4. Кодовый выход преобразователя напряжение-код 5 соединен с первым вхо дом группы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ 8. Выход счетных импульсов преобразователя напряжение-код 5 соединен с счетным входом реверсивного счетчика б, Вход реверса реверсивного счетчика 6 соединен с вцхо дом триггера реверса 7, Счетный вход триггера реверса 7 соединен с выходом элемента И 15,Кодовый выход реверсивного счетчика б соединен с вторым входом группы элемен тов 2-2-2 И-ЗИЛИ 8, с входом элемента И 15 и с первым и вторым входами группы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ, Третий вход группы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ 8 соединен с выходом регистра 11. Выход группы элементов 50 2-2-2 И-ЗИЛИ 8 (параллельный код) соединен с первым входом блока деления 10, второй вход которого (параллельный код) соединен с выходом группы элементов 2-2- 2 И-ЗИЛИ 9, Третий вход(параллельный код) 55 группы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ 9 соединен с выходом блока деления 10, входом регистра 11, и входом двоична-десятичного дешифратора 13, Выход двоична-десятичного дешифратора 13 (параллельный код) саединен с входам цифрового остаточного устройства 12,Первый выход блока управления 14 соединен с управляющим входом истсчника 4, Второй выход блока управлечия 14 соединен с управляощим входом реверсивного счетчика б. Третий выход блока управления 14 соединен с запускающим входом преобразователя напряжение-код 5. Четвертый выход блока управления 14 соединен с первым управляющим входом группы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ 8. Пятый выход блока управления 14 соединен с вторым управляющим входом группы элементов 2-2-2 ИЗИЛИ 8, Шестой вход блока управления 14 соединен с третьим управляющим входом группы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ 8, Седьмой выход блока управления 14 соединен с управляощим входом регистра 11. Восьмой выход блока управления 14 соединен с нулевым (установочным) входом регистра 11. Девятый выход блока управления 14 соединен с нулевым (установочным) входом блока деления 10. Десятый выход блока управления 14 соединен с входом деления блока деления 10. Одиннадцать 1 й выход блока управления 14 соединен с управляющим входом элемента И 15. Двенадцатый выход блока управления 14 соединен с нулевым входом триггера реверса 7, Тринадцатый выход блока управления 14 соединен с единичным входом триггера реверса 7. Четырнадцатый выход блока управления 14 соединен с первым управляющим входом группц элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ 9, пятнадцатый выход блока управления 14 соединен с вторым управляющим входом группы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ 9, Шестнадцатый выход блока управления 14 соединен с третьим управляющим входом группы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ 9. Семнадцатый выход блока управления 14 соединен с нулевым (установочным) входом реверсивного счет.чика б. Восемнадцатый выход блока управления 14 соединен с управляющим входом двоична-десятичного дешифратора,Вь 1 ходы дешифратора 24 с первого по восемнадцатый соответственно соединены с выходами блока управления 14 с первого по восемнадцатый. Девятнадцатый выход дешифратора 24 соединен с первым входом элемента ИЛИ 19, второй вход которого соединен с двадцатым выходом дешифратора 24.Выход генератора импульсов 1 б соединен с первым входом элемента И 17, Второй выход элемента И 17 соединен с выходом триггера 20, Выход элемента И 17 соединен со счетным входом счетчика 18, Нулевой входсчетчика 18 соединен с первым входомэлемента 1 ИЛИ, и с первым входом выключателя 23. Выход счетчика 18 соединен с входом дешифратора,24. Выход элемента ИЛИ 19 соединен со счетнь 1 м входом триггера 20, нулевой вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 21, Второй вход элемента ИЛИ 21 соединен с первым входом выключателя 22. Вторые входы выключателя 22, 23 соединены с общей точкой (корпусом) прибора.Работа цифрового измерителя магнитной индукции происходит в несколько тактов коммутации,При нажатии кнопки выключателя 23 устройство устанавливается в исходное состояние. При этом счетчик 18 обнуляется, а триггер 20 выдает решающий потенциал на элемент И 17. Через элемент И 17 на вход счетчика 18 начинают поступать сигналы с генератора импульсов 16. Дешифратор 24 анализирует состояние счетчика 18 и выдает сигналы на все блоки устройства, Сигнал, поступающий с семнадцатого выхода блока управления 14, устанавливает в нулевое состояние реверсивный счетчик 6, С девятого выхода блока управления 14 выдается сигнал, падготавливающий к рабате блок деления 10. Сигнал, поступающий с восьмого выхода блока управления 14, устанавливает в нулевое состояние регистр 1 "1, Сигнал, поступающий с двенадцатага выхода, устанавливает в нулевое состояние триггер реверса 7. В этом положении триггер реверса 7 выдает такой сигнал на вход реверса реверсивного счетчика 6, при котооом он работает нэ сложение.В первом такте датчик Халда 1 находится в зазоре магнитапровода некоторое время, достаточное для того, чтобы во всем объеме измерительного занда с датчикам Холла 1 установилась температура исследуемого объекта, т.е. в зазор магнитопровада. В это время на датчик Холла 1 действуют два постоянных магнитных поля - измеряемое с индукцией В и дополнительное пеле с индукцией Вдм, создаваемое индукционной катушкой 3, намотанной на датчик Холла 1, по которой протекает ток от источника питания 4. Выходной сигнал датчика Холла, пропорциональный алгебраической сумме магнитных индукций ( ь В+ Вдм), поступает на преобразователь напряжение-код 5, Аналого-циФровое преабразовайие происходит по сигналам, поступающим на вход преобразователя 5 с третьего выхода блока управления 14.Аналоговый сигнал датчика Холла 1 преобразуется в число импульсов, которые поступают с преобразователя 5 на счетный 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вход реверсивного счетчика 6, считающегого в прямом направлении:81 = КЯя(В+ Вдм),где К - коэффициент преобразования напряжениее-код,1 л - ток питания датчика Холла;5 - чувствительность к индукции датчика Холла.Во втором такте коммутации на датчикХолла 1 действует только измеряемое магнитное поле с индукцией В, поскольку сигнал, поступающий с первого выхода бЛокауправления 14, отключает источник питания4, При"этом через индукционную катушку 3не протекает ток, который возбуждает дополнительное магнитное поле с индукциейВдм. Выходной сигнал с датчика Холла 1,пропорциональный магнитной индукции В,поступает на преобразователь 5, откуда ввиде последовательности импульсов поступает на реверсивный счетчик 6, считывающий в обратном направлении, Направлениесчета в реверсивном счетчике 6 во второйтакт коммутации изменяется по сигналу, поступающему на единичный вход триггерареверса 7 с тринадцатого выхода блока уп.равления 14. Во втором такте реверсивныйсчетчик 6 будет работать на вычитание.При положительном направлении измеряемой мапчитной индукции В, совпадающей по направлению с дополнительноймагнитной индукцией Вдм, в реверсивномсчетчике 6 устанавливается кодН 2 - Й 1-К 3 пВ = КЯ 1 п(В+Вдм)-КЯоВ=КЗЬВдмОдновременно в выходном регистрепреобразователя 5 установится код Кз, соответствующий магнитной индукции Вз= КВАКВПри отрицательном направлении измеряемой мап байтной индукции В, не совпадающей по направлению с дополнительноймагнитной индукцией Вдм, во втором тактереверсивный счетчик 6 будет работать навычитание, а затем на сложение. Когда чис-.ло в реверсивном счетчике 6 станет равнымнулю, сработает элемент И 15 и выдаст сиг- .нал на счетный, вход триггера реверса 7.Триггер реверса 7 переходит в нулевое состояние и выдает на шину реверса реверсивного счетчика б и такой сигнал, покоторому он будет работать на сложение.В реверсивном счетчике 6 установитсякодгч 2 = КЮпВдмТаким образом, независимо от направления измеряемой магнитной индукции Вотносительно направления дополнительноймагнитной индукции Вдм в реверсивномсчетчике 6 после второГо такта коммутациибудет один и тот же код, Одиовремаь(но в ВыхОДном реГистре преОбрэзовэтеля 5 устэнОВится кОд Ь 1, соответству 101 ций маГнит" ной индукции В, На первь(й вход блока Д 8 л 6 ния 10 чер(э ГОГГ(у э/емен"ов 2-,/-2 ИИЛИ 8 посгупает код Из с вцходного регистра преОбрээОвэтеля нэпрЯжени 8-коД 5. Разрешение на прохождение кода КЗ через группу элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ 8 вцдает сигнал, поступа(огц/(й с четвертого выхода блока управления 14. По сигналу, поступаюГдему с четырнадцатого выхода блока управления 14, срабэтыва т групг(а элементов 2-2 2 И-ЗИЛ И 9 и код К 2 с реверсивного счетчика 6 поступает нэ в.горой вход блока деле" ния 10,Го сигналу, поступа(оц(ему с десятого выхода блска упраВлениЯ 14, В блоДел 8 ния 1 О производится деление кода 11 з на код К 2, Резул(аДле 1 дяКЗ К 31 и В ВК 4 =. К 1 -,. - =- К 1Г 1 рК 5 1 Вди Бдм поступаег нэ регистр 11. Рээрев(Эн(ле на поступлени 8 ",Од(а В р 8 гис 10 11 Выдает сиГ- нэл, Г 1 оступа(0(ций с Восьмого ВыхОДэ блока упрэвленид 14 Вэтем ПО сигналу пос.р(пэ, 10 цл уПсз тНЭ "О 10 О ВЫХоца бЛОКЭ уПОЭВ лениЯ 13, с 81 Этывает Группд эл 8 ментсИВ2 л .( ( и (4 9Ор Я;11 уо 1"ьв(ГлВ ПО" 7 ПЭЕ На ВТООО 1 Вх(" В блока л,681-11:; 1Г- , Эт/1:81 1, 1(ОМ(л(1 ТЭ 1(11 1. О Э (11 ."Вляется сигнал нс д 8 вятнэдцэтом выходе ДЕШИ(1)ратора 24, С 1;ЭбатыоаеЭЛЭМ 81.17 ИХ г 1(1 и вь(ВРТ сл 1."нэл на с 16 т(11 й В 1; Тоиггэ 18 20, Т ГГге р 20 и 8 оеход(17 э ели ь 1 и(н(-;- ("ос( . чние и выдает зэпреоню(ци(1 готенциэл нэ Элемент / 1 , Б результате. нэ счетный Вхоп, счетчика 10 Г(ерестают поступа.гь счетные импульсь с Генераторэ импульсов 6,:атем на Датчик Холла 1 уДэлЯется иэ зазора .эГ" нитоГ 1 ООВОда с маГнитной проницэемостью Р,Лои ПОМВЩЭЕтСЯ В СРЕДУ С, МЭГНИТНОЙ 1 ПрОНИЦаЕМОСтЬ 10 ро ВОЭГ 1 уХ), Г 1 рИ ЭТОМ МЭГ- нитопровод не оказывает прэктическоГО Влияния нэ индукцию дополни 781 Ь 1 ОГО маГ" нитного поля, создаваемо о кэт/шкой З. Т к. эд время пе 1 ремегц 811 ия дэ Гчика (олла иэ ээзорэ мэг(ъ 1 то;роводе с МЭГнитнОЙ проницэемостью /(,;1( в среду с магнитной ПРОНИЦаек 1 ОСТЬЮ /о 78 МПЕРатЧОЭ ИЗМЭРИ- тельного зонда, В котором находится датчик ХОллэ 1, практически не изменяется, тО чГ 1- ствительность датчика Холла 1 не иэменя 67- ся., т.е, Остэ 67 ся 1 эвной 0, Затем нажимается Вцключэтель 22 и нэч(нэется третий 7 эк 7 коммутации. Пои Р 70 м, триГГерус;.Энавливэется В нулевое с:стоя(,ие и разрешает пррхожг(оние сигналов с Г 81(еп."тора импульсов 16 через элемент И 17 нэсчер(ик 18Б третьем тэО 8 коммутации на дэтчикХолла 1 действует два постоянных маг 5 нитных поля: внешнее магнитное поле синдукцией ВВ и дополнительное магнитное поле Вд 1(о, создаваемое индукционной катушкой 3. Выходной сигналдатчика Холла 1, пропорциональный сум 1 О (л(8 веЛИЧИН ( + ВВ + Вд(,(о) Поступает НЭпр 80 брээОВэтель напряжение-кОД 5, Аналого цифровое преобразование в преоарээовэтеле 5 происходит г(о с(лгналэм,поступающим нэ вход преобразователя 5 с15 третьего блока управления 14. Аналоговыйсигнал датчика Холла 1 преобразуется в чис.ло импульсов, которые поступают с преобраэователЯ 5 нэ с(етный ВХОД реверсивноГОсчетчика 6, считываемого в прямом нэправ 2 О ленииИ, == ;11(, =- БВ -1 Бдло)В четвертом такте коммутации на датГик Холла 1 действует только внешнее мэгНИТНО 8 ГОЛЕ В В, ПОСКОЛЬКУ СЗл 1 ГНЭЛ, ПО 25 ступа 101 ций с псрвОГО ВыхОДЯ Олокэ уГ 1- рэвления 14 откл 1 очэет источник питания 4,Г(рй этом, 181 эеэ индукционную катушкуН 8г(ротекэе ток, который ВоэбужДэет ДОГол 111178/1 .,о"- мэ 1 нитное поле ( индукциеиС(л В 31 О В 1 Х(/(101 (ИГ 1(ЭЛ л 1 ЭТЧИ 1 а л ОЛЛЭ 1пропсрциона/1 ьный магнитной индукцииВ В, ПОСтугЭет На 1108(; бразОВЭТЕ/Ь 5, ОтКодаВ р(1/16 последе(16 Тел Носи имп/ЛОв посгупает на реверсивнь(й счетчик э, считэ-" ,и.:-1:1 ке б во время четвертого такта коммутэЦИИ ИЗ(лЕНЯЕТСЯ ГО СИГ 1 Э/Г/, Г(ОСтуПЭЮщему:11 Э единичныи Вход триггера реверса 7 с:" /дет работать на Вы(итэние.При положитеьном направленииВН 8 шней мэГнитной индукции ВВ, сОВГ 1 ада 45 1(1(ей по направлению с ДополнительнойМЭГНИТНОЙ ИНДУКЦИВИ Бд(о, В РВВЕРСИВНОМсчетчике б устанавливается код1,= НВ-(о 3 ЛБВ=- КЯпГВВ ь Бд(о) -Е 51 БВ=- З о Вдуло,5,3 1 р/ Отрицательном направлении внешней магнитной индукции ВВ, не совпадающей по направлению с дополнительнойМЭ 1.НИтНОй ИНДУКЦИЕй Вд(о, В ЧЕтВЕРтОМ таКте реверсивный счетчик б сигнала будет ра 55 ботать на вычитание, а затем на сложение.(,Огда число в ревеосивном счетчике 6 станет равным нуНС 1, сработает элемент И 15,и выдаст сигнал на счетный вход триггераОвео(а 7 Триггсо реверса 7 переходит в45 50 о нулевое састоянле и выдает на шину реверса реверсивного счетчика б такой сигнал, па которому ан будет работать на сложение.В реверсивном счетчике б установится кад МбМб = КЯпВдмоТаким абоазом, независимо от направления внешнего магнитного паля Вв относительно направления дополнительной магнитной индукции Вдмо, в реверсивном счетчике б после четвертого такта коммутации будет один и тат же код. Нз первый вход блока деления 10 через группу элементов 2-2-2 И-ЗИЛ И 8 поступает код Мб с реверсивного счетчика б. Разрешение на прохождение кода Йб через группу элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ 8 выдает сигнал, поступающий с пятого выхода блока управления 14. По сигналу, поступающему с десятого выхода блока управления 14, в блоке деления производится деление кода йб на код М 2. Результат деления, равный М 7Иб К, К 3 п Вдмо К ВдмоК 7=К 1 - -=К 1 - К 1К 2 К Я 1 п Вдм Вдм поступит через элемент 2-2-2 И-ЗИЛИ 9 нз второй вход блока деления 10. Разрешение на прохождение кода К 7 выдает сигнал, поступающий с шестнадцатсго выхода блока управления 14,На первый вход блока деленля 10 поступает код Йл с регистра 11 через группу элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ 8. Разрешение на прохождение кода М 4 выдает сигнзл, поступающий с шестого выхода блока управления 14, По сигналу, поступающему с десятого выхода блока управления 14, в блоке деления 10 производится деление када Мл на кад М,Результат деления, равный КвИл К 1 В, К 1 Вдмо В Кв = К 1 - = К 1 К 1 -И 7 ВдмВдм Вдмо пропорционален измеряемой .магнитной индукции и не зависит от материала магнитопровода . с магнитной праницаемостью,иро и взаимного направления векторов В и Вдмо.По сигналу, поступающему с восемнадцатого выхода блока управления 14, результат измерения Мв считывается цифровым отсчетным устройством 12. В четвертом такте коммутации, когда появляется сигнал на двадцатом выходе дешифратара 24, срабатывает элемент ИЛИ 19 и выдаст сигнал на счетный вход триггера 20, Триггер 20 переходит н единичное состояние и выдает за 10 15 20 25 ЗО 35 40 прещзющий потенциал на элемент И 17. Врезультате нз вход счетчика 18 перестанутпоступать счетные сигналы с генератора импульсов 16. Формула изобретения Цифровой измеритель магнитной индукции по авт,св, М 347704, о т л и ч а ющ и й с я тем, чта, с целью повышения точности измерения, н него дополнительно введены дне группы элементов 2-2-2 ИЗИЛИ, регистр, элемент И, триггер реверса и двоична-десятичный дешифратор, при этом йыхады блока управления с четвертого по восемнадцатый соответственно, соединены с первым управляющим входом первой группы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ, с вторым управляющим входом первой группы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ, третьим управляюгцим входом первой группы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ, управляющим нходом регистра, нулевым входом регистра, нулевым входом блока деления, входом деления блока деления, управляащим нходол элемента И, единичным входом триггера реверса, первым управляющим входом второй группы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ, вторьм управляющим входом второй группы элементов 2-2- 2 И-ЗИЛИ, третьим управляющим входом второй группы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ, нулевым входом реверсивного счетчика, управляющим входом двоична-десятичного дешифратора, выход регистра соединен с первым информационным входом первой группы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ, второй информационный вход которой соединен с входам элемента И, первым и вторым информационными входами второй группы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ и выходом реверсивного счетчика, третий информационный вход второй группы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ соединен с инфарл ационным входом регистра, информационным входом двоична-десятичного дешифратора и выходом блока деления, первый информационный вход которого соединен с выходом второй группы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ, а второй информационный вход- выходам первой гоуппы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ, третий информационный вход которой соединен с кодовым выходом преобразователя напряжение-кад, выход элемента И соединен со счетным входом триггера реверса, выход котораго соединен с входом реверсивногосчетчика, а выход двоична-десятичного дешифратара подключен к входу цифровогоотсчетнаго устройства.