Цифровой измеритель магнитной индукции

(19) ЙЗЗ ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ титут рин 6. ГНИТке маг- ользоний в(56) Авторское свидетельство СССРВ 1390584, кл. 6 01 В ЗЗ/02, 07.07.8(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАНОЙ ИНДУКЦИИ(57) Изобретение относится к технинитных измерений и может быть испвано для прецизионных измере широком диапазоне индукции постоянных магнитных полей. Цель изобретения - повышение точности измерения - достигается введением в устройство автоматического переключателя 13, резистора 14, дополнительного счетчика 10, триггеров 23, 24, элемента И 20, фазочувствительного элемента 6 и двоична-десятичного дешифратора 15. Устройство также содержит датчик Холла 1, переключатель 2, источник питания 3, синхронный детектор 4, преобразователь 5 напряжение - число импульсов, реверсивный счетчик 8, цифровой индикатор 16, генератор 17 импульсов, счетчик 18; дешифратор 19, триггеры 7, 23, 24, 12, элементы И 11, 22 20. 1 ил.Фного счетчика 8 соединен с первым входом двоична-десятичного дешифратора 15 и вторым входом блока 9 управления. Четвертый выход блока 9 управления соединен с треть им входом счетчика 8. Пятый выход блока 9 управления соединен с вторым входом двоично-десятичного дешифратора 15. Седьмой выход блока 9 управления соединен с вторым входом элемента И 11. Выход гене ратора 17 импульсов соединен с входом счетчика 18, выход которого (параллельный код) соединен с входом дешифратора 19, выходы которого с первого по восьмой соответственно соединены с первым, вторым, 15 третьим, пятым, шестым и седьмым выходами блока 9 управления, с первым входом элемента И 20, с первыми входами элементов И 21, 22. Вторые входы элементов И 20, 21 соединены с первым входом блока 9 уп равленияВыход элемента И 20 соединен с единичным входом триггера.23, нулевой вход которого соединен с первым нулевым .входом триггера 24, третьим выходом дешифратора 19. Выход триггера 23 соединен 25 с третьим входом элемента И 21, выход которого соединен со счетным входом триггера 24. Выход триггера 24 соединен с четвертым выходом блока 9.управления. Второй нулевой вход триггера 24 соединен 30 с выходом элемента И 22, второй вход которого (параллельный код) соединен с вторым вхдом блока 9 управления, Выход триггера 12 соединен с управляющим входом автоматического переключателя 13, Первый и вто рой выходы переключателя 13 через резистор 14 подключены между токовым и потенциальным электродами датчика Холла 1; Выход двоично-десятичного дешифратора 15 соединен с. цифровым индикато 40 ром 16,.Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне индукции постоянных магнитных полей.Целью изобретения является повышение точности измерения,На чертеже приведена блок-схема цифрового измерителя.Измеритель магнитной индукции состоит из датчика Холла 1, переключателя 2, источника 3 питания, синхронного.детектора 4, преобразователя 5 напряжение - число импульсов, фазочувствительного элемента 6, триггера 7, реверсивного счетчика 8, блока 9 управления, дополнительного счетчика 10, элемента И 11, триггера 12, автоматического переключателя 13, резистора 14, двоично-десятичного дешифратора 15 и цифрового индикатора 16,Токовые электроды датчика Холла 1 соединены с первыми входами переключателя 2. Потенциальные электроды датчика Холла 1 соединены с вторыми входами переключателя 2, третьи входы переключателя 2 соединены с выходами источника 3 питания, Выходы переключателя 2 соединены с измерительным входом синхронного детектора 4. Управляющий вход переключателя 2 соединен с первым выходом блока 9 управления;Управляющий вход синхронного детектора 4 соединен с управляющим входом фазочувствительного элемента 6 и управляющим входом источника 3 питания, Измерительный вход синхронного детектора 4 соединен с измерительным входом фазочувствительного элемента 6. Выход синхронного детектора 4 соединен с первым входом преобразователя 5 напряжение - число импульсов.Второй вход преобразователя 5 напряжение - число импульсов соединен с вторым выходом блока 9 управления. Выход преобразователя 5 напряжение - число импульсов соединен с перыми входами реверсивного счетчика 8 и счетчика 10,Выход фазочувствительного элемента 6 соединен с первым входом блока 9 управления. Нулевой вход триггера 7 соединен с нулевым входом дополнительного счетчика 10 и шестым выходом блока 9 управления. Единичный вход триггера 7 соединен с выходом дополнительного счетчика 10. Выход триггера 7 соединен с первым входом элемента И 11.Второй вход реверсивного счетчика 8 соединен с третьим выходом блока 9 управления. Выход (параллельный код) реверсивРабота устройства происходит в дватакта измерения, Перед началом измерения по сигналу с третьего выхода блока 9 управ ления в нулевое состояние устанавливаетсяреверсивный счетчик 8, Кроме того, по этому же сигналу в нулевое состояние устанавливаются триггеры 23 и 24. По сигналу, поступающему с шестого выхода блока 9 50 управления, в нулевое состояние устанавливаются дополнительный счетчик 10 и триггер 7, С четвертого выхода блока 9 управления поступает сигнал на шину реверса ререрсивного счетчика 8, по которому 55 он работает на сложение. Триггер 23 выдаетразрешающий потенциал на элемент И 21, По сигналу с первоговыхода блока 9 управления переключатель 2 устанавливается в такое положение, что при положительном направлении магнитной индукции "+" В вырезультатов измерения двух тактов, при 1 ех 11 Онэ 1 - их вычитание.При 1 ех (Онэ 1 и "+"В выходныесигналы датчика Холла 1 будут 0 - 1 ех.+ Онз 1, 5 02 = 1 Ех - Онз 1.В первый такт измерения сигнал навыходе фазочувствительного элемента 6 отрицательной полярности является запрещающим для элементов И 20, 21. По-.10 этому управляющие сигналы блока 9управления не проходят через элементы И 20, 21 в течение первого такта, Во втором такте сигнал на выходе фазочувствительного цемента 6 отрицательной полярности 15 будет запрещающим для элементов,И 20,21.Поэтому при поступлении управляющего сигнала с дешифратора 19 элемент И 20 не срабатывает и, следовательно, не изме няется состояние триггера 23. Хотя на второй вход элемента И 21 поступает разрешающий потенциал с триггера 23, во втором такте при поступлении управляющего сигнала с дешифратора 19 элемент И 21 25 не срабатывает из-за наличия запрещающего потенциала на его первом входе с выхода фазочувствительного элемента 6.Поэтому блок 9 управления не изменяетсвой выходной сигнал на четвертом выходе, 0 реверсивный счетчик 8 во втором такте будет работать на сложение. В результате во втором такте реверсивный счетчик 8 зафиксирует число импульсов, пропорциональное ЭДС Холла ех.Й = Й+ Й 2= КК 21 Ех+Онэ 1+ К 1 К 2 1 Ех- Онэ 1= 2 К 1 К 21 ех 1= 2 К 1 К 2 ех. 01 = (+ех+Онз),Й = КК 2(ех + Онз),где К 1 - коэффициент преобразования синхронного детектора;К 2 - коэффициент преобразования преобразователя напряжение - число импуль,сов,В конце первого такта измерения блок9 управления сигналом, поступающим спервого выхода блока 9 управления, коммутирует переключатель 2.Во втором такте измерения выходнойсигнал датчика Холла 1 будет Й 2 = (+ ех.- Онз). Это напряжение через переключатель2 и синхронный детектор 4 поступает напреобразоватеь 5 напряжение - число импульсов. Результат преобразования в видепоследовательности импульсов поступаетна реверсивный счетчик 8 и дополнительный счетчик 10.В зависимости отусловия 1 ех 1Онэ 1илиех 11 Онэ 1 в реверсивном счетчике 8осуществляется суммирование или вычитание результатов кодирования двух тактов,Информация о виде операции во второмтакте выделяется с помощью фазочувствительного элемента 6 и блока 9 управления.Блок 9 управления в зависимости от полярности сигналов на выходе фазочувстви тельного элемента 6 в оба такта измерениявыдает определенный командный сигнал навход реверса реверсивного счетчика 8,Когда 1 ех 11 Онэ 1, в реверсивномсчетчике 8 осуществляется суммирование 40 45 50 55 ходное напряжение датчика Холла 1 в первый такт измерения где ех - ЭДС Холла;Онэ- напряжение неэквипотенциально.сти.Такое значение выходного сигнала датчика Холла 1 обусловлено тем,.что управляющий сигнал на первом выходе блока 9 управления подключает первую пару противоположных электродов датчика Холла 1 к синхронному детектору 4, а через вторую пару противоположных электродов датчика Холла 1 протекает ток от источника 3 питания, Выходной сигнал датчика Холла 101- -(й ех+ Онз) поступает через переключатель 2 и синхронный детектор 4 на преобразователь 5 напряжение - число импульсов. Результат преобразования в виде импульсов поступает на реверсивный счетчик 8, считы. вающий в прямом направлении, и дополнительный счетчик 10 При,1 ех 1 10 нфи "+"В выходные сигналы датчика Холла 1 будут О = 1 ех+ Онэ 1, 02 =1 ех - Онз 1, где В - магнитная индукция; Во втором такте сигнал на выходе фа-. зочувствительного элемента, 6 будет разрешающим для элемента И 21. На второй вход элемента И 21 поступает разрешающий потенциал с триггера 23, который впервом такте не изменяет своего состояния.При поступлении во втором такте управляющего сигнала на третий вход элемента И 21 с дешифратора 19 элемент И 21 срабатывает и выдает сигнал на счетный вход триггера 24 реверса, Триггер 24 реверсасрабатывает и переходит в единичное состояние,Таким образом, блок 9 управления изменяет свой выходной потенциал на четвертом выходе. поэтому во втором такте реверсивный счетчик 8 будет работать на вычитание.Й 1. Й 1- Й 2 К 1 К 2Ех - Онз" К 1 К 2Онэ- ех- 2 К 1 К 2ех" К 1 К 2 ех.При равенстве ЭДС Холла напряжению НЕЭКВИПОтЕНЦИаЛЬНОСтИ Ех.=Онэ 1 На ВХОД дополнительного счетчика 10 во второй такт измерения поступает такое число импульсов, что с его выхода не поступает управляющий сигнал на единичный вход триггера 7. Поэтому триггер 7, не изменяет свое состояние и выдает во втором такте измерения разрешающий потенциал на элемент И,11, После поступления на другой вход элемента И 11 во втором такте управляющего сигнала блока 9 управления элемент И 11 срабатывает и выдает сигнал на счетный вход триггера 12, Последний переходит в другое состояние и выдает сигнал на управляющий вход автоматического переключателя 13,При этом к токовому и потенциальному электродам датчика Холла 1 подключается резистор 14, что приводит к изменению напряжения неэквипотенциальности Онз 1 -ф Онэ 2, /Онз 2//Ех/.Дальнейшая работа устройства в первый и второй такты ничем не отличается от описанной ранее,Такой режим работы будет продолжаться до тех пор, пока напряжение неэквипо-. тЕНцИаЛЬНОСтИ Онз 2 НЕ СтаНЕт раВНЫМ ЭДС Холла ех.ех = Онз 2 В этом случае во втором такте срабатывает.триггер 12 и изменяет состояние переключателя 13, что приводит к отключению резистора 14 от токового и потенциального электродов датчика Холла 1, что приводит к изменению напряжения неэквипотенциальности, т.е. оно становится равным первона- чальномУ Онэ 2 + Онэ 1При /ех/(Онэ/ и "-"В выходные сигналы датчика Холла 1 будут О 1= /-ех+ Онэ/ /О 2= - /-ех -Онэ/.В первом такте сигнал на выходе фазочувствительного элемента бявляется разрешающим для элементов 20, 21, При поступлении управляющего сигнала с дешифратора 19 в первом такте элемент И 20 срабатывает и выдает сигнал на вход триггера 23, Триггер 23 срабатывает, переходит в единичное состояние и выдает запрещающий потенциал на второй вход элемента И 21. Поэтому во втором такте элемент И 21 при поступлении управляющего сигнала нв третий вход элемента И 21 с дешифраторв не срабатывает, хотя на его вход поступает разрешающий потенциал положительной полярности с выхода фаэочувствительного элемента 6.Таким образом, во втором такте блок 9 управления не изменяет потенциал на чет вертом выходе и реверсивный счетчик 8 вв втором такте будет работать на сложениеЙ = Й 1+ Й 2 = К 1 К 2/ех+ Онз/+ К 1 К 2/ех.- Онэ/ = 2 К 1 К 2/ех/ = 2 К 1 К 2 ех Й 2 = К 1 К 2Ех+ Онэ= К 1 К 2Ех+ Онз -, - Ех+ ЕхК 1 К 2Онэ - Ех + 2 К 1 К 2 ЕхЙ 2+ +Й 2Й Й 1 Й 2+ Й 2 К 1 К 2Онэ - ех- К 1 К 2Онэ-Ех +2 К 1 К 2 ах =2 К 1 К 2ех=2 К 1 К 2 вх,При равенстве ЭДС Холла напряжению. неэквипотенЦиальности ех =Онэ 1 на вМоД дополнительного счетчика 10 в первый такт измерения поступает такое число импульсов, что с его выхода не поступает управляющий сигнал на единичный вход триггера 7 50 55 При /ех//Онэ/- "-" В выходные сигна лы датчика Холла бУдУт О 1 /- ех+ Онз/, О 2 "= /-ех -Онэ/Во втором такте сигнал на выходе фазо,. чувствительного элемента 6 положительнойполярности будет разрешающим для эле ментов И 20, 21; на вход элемента И 21поступает разрешающий потенциал с триггера 23, который в первом такте не изменяет своего состояния. Сигнал с выхода фазочувствительного элемента 6 отрицательной по лярности является запрещающим дляэлемента И 20.При поступлении управляющего сигнала во втором такте с дешифратора 19 на третий вход элемента 21 последний сраба тывает и выдает сигнал на счетный входтриггера 24 реверса. Триггер 24 реверса срабатывает и переходит в единичное состояние.Таким образом, блок 9 управления из-.30 меняет свой выходной сигнал на четвертомвыходе,.Поэтому во втором такте реверсивный счетчик 8 будет работать на вычитание.Когда число в реверсивном счетчике 8во втором такте станетравным нулю, сраба тывает элемент И 22. Элемент И 22 выдаетсигнал на второй нулевой вход триггера 24 реверса. Триггер 24 реверса переходит в единичное состояние и изменяет свой выходной. сигнал на четвертом выходе.40 Таким образом, блок 9 управления вовтором такте второй раз изменяет.направ-; ление счета в реверсивном счетчике 8, т.е. реверсивный счетчик 8 начинает работать на сложение45 В результате после второго такта реверсивный счетчик 8 зафиксирует число импульсов, пропорциональное ЭДС Холла ех.Заказ 535 Тираж , Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Поэтому триггер 7 не изменяет своего состояния и выдает в первом такте измерения разрешающий потенциал на элемент И 11. После, поступления на другой вход элемента И 1 в первом такте управляющего сигнала блока 9 5 элемент И 11 срабатывает и выдает сигнал на счетный вход триггера 12. Последний . переходит в другое состояние и выдают сигнал на управляющий вход автоматического переключателя 13, 10При этом к токовому и потенциальному электродам датчика Холла 1 подключается резистор 14, что приводит к изменению напряжения неэквипотенциальности Онэ 1 .ф . Онэг /Онэг//ех/. 15Дальнейшая работа устройства в пер; вый и второй такты, измерения ничем не . отличается от ранее описанной.Такой режим работы будет соблюдаться при изменении ех до тех пор, пока.неправ ление неэквипотенциальности Онэг не станет равным ЭДС. Холла ехех = ОнэгВ этом случае в первом такте измерения срабатывает триггер 12.и изменяет состоя ние переключателя 13, что приводит к отключению резистора 14 от токового и потенциального электродов датчика Холла 1, что приводит к уменьшению напряжения неэквипотенциальности, т,е. оно станет 30 равным первоначальному Дальнейшая работа устройства ничем 35 не отличается от описанной ранее,Результат измерения, хранящийся в реверсивном счетчике 8 считается двоично-деФормула изобретения Цифровой измеритель магнитной индукции по авт,св, ЬЬ 1390584, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены автоматический переключатель, резистор,. дополнительный счетчик, два триггера, элемент И, фазочувствительный элемент и двоично-десятичный дешифратор, при этом управляющий выход источника пйтания .соединен с управляющим входом фазочувствительного элемента, выход которого соединен с первым входом блока управления; счетный вход реверсивного счетчика через дополнительный счетчик подключен к единичному входу первого триггера, выход которого через первый элемент И и второй триггер соединен с управляющим входом автоматического переключателя, первый выход которого через резистор соединен с токовым электродом датчика Холла, потенциальный электрод которого соединен с вторым выходом автома. тического переключателя, пятый, шестой и седьмой выходы блока управления соединены соответственно с управляющим входом двоично-десятичного дешифратора, нулевыми входами дополнительного счетчика и первого триггера, управляющим входом первого элемента И,. выход реверсивного счетчика через двоична-десятичный дешифратор подключен к входу цифрового индикатора, а сигнальный. вход синхронного .детектора соединен с сигнальным входом фазочувствительного элемента.