Цифровой измеритель магнитной индукции

(505 0 01 Н 33/Об ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИНУЮЕ 44 ИОТЕрд Е ИЗОБРЕТЕНИЯСВИДЕТЕЛЬСТВУ ОПИСАН К АВТОРСКОМ тельский инсстапов, О.Т,Чиг тут и льство ССС3/06. 1982.ЕРИТЕЛЬ М ГНИТ ится к технике магжет быть использо(21) 4788899/21(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМНОЙ ИНДУКЦИИ(57) Изобретение относнитных измерений и м вано для прецизионного измерения в широком диапазоне индукции постоянных магнитных полей. Устройство содержит датчик 1 Холла, стабилизатор 2 тока, коммутатор 3, трансформаторы 4,5, резистор 6, синхронный детектор 7, преобразователь 8 напряжение-код, делительный блок 9, элемент ИЛИ 10, реверсивный счетчик 11, дешифратор 12, цифровой индикатор 13, блок констант 14, блок управления 20, усилитель-ограничитель 15, элементы И 16,18, триггеры 17,19, 2 ил.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 магнитной индукции неза"висимо от ее направления относительно расположения датчика Холла,На фиг,1 привФДена блок-схема цифрового измерителя Магнитной индукции; на фиг.2 - блок-схема и временные диаграммы работы блока управления предлагаемого цифрового измерителя магнитной индукции,Цифровой измеритель магнитной индукции (фиг.1) состоит из датчика Холла, стабилизатора тока 2, коммутатора 3, трансформаторов 4 и 5, переменного резистора 6, синхронного детектора 7, преобразователя напряжение-код 8, делительного блока 9, элемента ИЛИ 10, реверсивного счетчика 11, дешифратора 12, цифрового индикатора 13, блока констант 14. усилителя-ограничителя 15, элемента И 16, триггера 17, элемента И 18. триггера 19 и блока управления 20.Токовые электроды датчика Холла 1 соединены со стабилизатором тока 2, Первичная обмотка первого трансформатора 4 через нормально замкнутые контакты С,Д второй группы коммутатора 3 соединена с токовыми электродами датчика Холла 1, Первая первичная обмотка второго трансформатора 5 через нормально разомкнутые контакты А,Б первой группы коммутатора 3 соединена с потенциальными (Холловскими) электродами датчика Холла 1, Управляющий вход датчика 3 соединен с первым выходом блока управления 20.Вторичная обмотка первого трансформатора 4 соединена с переменным резистором 6, средняя точка которого соединена со второй первичной обмоткой второго трансформатора 5, Вторичная обмотка второго трансформатора 5 соединена с сигнальным входом синхронного детектора 7, управляющий вход которого соединен с управляющим выходом стабилизатора тока 2. Выход синхронного детектора 7 соединен с сигнальными входами преобразователя напряжение-код 8 и усилителя-ограничителя 15,Запускающий вход преобразователя напряжение-код соединен со вторым выходом блока управления 20, Кодовый выход (параллельный код) преобразователя напряжение - код 8 соединен с первым входом делительного устройства 9. Импульсный выход (выход счетных импульсов) преобразователя напряжение-код 8 соединен с первым входом элемента ИЛИ 10.5 10 Нулевой вход делительного блока 9 соединен с третьим выходом блока управления 20. Вход деления делительного блока 9 соединен с четвертым выходом блока управления 20. Выход блока соединен со входом схемы ИЛИ 10, Вход записи устройства деления 9 соединен с пятым выходом блока управления 20,Выход элемента ИЛИ 1 О соединен со счетным входом реверсивного счетчика 11. 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Нулевой вход реверсивного счетчика 11 соединен с шестым выходом блока управления 20. Вход реверса реверсивного счетчика 11 соединен с выходом триггера 19, Выход реверсивного счетчика 11 (параллельный код) соединен с сигнальным входом дешифратора 12.Управляющий вход дешифратора 12 соединен с седьмым выходом блока управления 20. Выход дешифратора 12 (параллельный код) соединен с цифровым индикаторам 13.Управляющий вход блока констант 14 соединен с восьмым выходом блока управления 20, девятый выход которого соединен с первым входом элемента И 16, Выход усилителя-ограничителя 15 соединен со вторым входом элемента И 16, выход которого соединен с единичным входом триггера 17,Выход триггера 17 соединен с первым входом элемента И 18, Нулевой вход триггера 17 соединен с десятым выходом блока управления 20,Второй вход элемента И 18 соединен с одиннадцатым выходом блока управления 20. Выход элемента И 18 соединен с единичным входом триггера 19, нулевой вход которого соединен с двенадцатым выходом блока управления 20.По сигналу установки нуля, поступающему с выхода блока управления 20, в нулевое состояние устанавливаются счетчик делителя, буферный счетчик, счетный триггер, регистр делимого и триггер блока 9;Операция деления производится путем последовательно вычитания кода делителя Б из кода делимого А до тех пор, пока код делимого не станет равным нулю, Результат деления равен числу циклов вычитанияА - КБ 0,Управляющий потенциал с нулевого выхода счетного триггера поступает на вход реверса счетчика делителя и устанавливает его в режим вычитания, Нулевой потенциал с единичного выхода счетного триггера, поступающий на вход реверса буферного счетчика, устанавливает его в режим сложения,Нулевой потенциал с единичного выхода триггера делительного блока 9, поступающий на управляющий вход схемы И.1 О 15 20 25 30 35 50 запрещает прохождение через нее сигналов от генератора импульсов блока 9,По сигналу деления, поступающему с выхода блока управления 20, в нулевое состояние устанавливается счетчик результата в блоке 9, Счетные импульсы с выхода схемы окончания деления поступают на счетные входы счетчика делимого счетчика делителя и буферного счетчика, Так как счетчик делимого является вычитающим, то счетные импульсы вычитаются из кода делимого А, т,е. из кода числа А, Кроме того, счетные импульсы вычитаются из кода делителя, т.е. из кода числа Ь, и суммируются с буферном счетчике,Число счетных импульсов, поступивших на счетных вход счетчика делителя за один цикл вычитания, определяется значением кода делителя, т.е, кода числа А. Когда код в счетчике станет равным нулю (окончился первый цикл вычитания кода делителя Б из кода делимого А), срабатывает многовходовая схема И,После окончания первого цикла вычитания кода делителя Б иэ кода делимого А в буферном счетчике блока 9 установится код числа Б,Во втором цикле вычитания иэ кода числа Б в буферном счетчике блока 9 начинают вычитаться счетные импульсы. Когда код в буферном счетчике блока 9 станет равным нулю (окончился второй цикл вычитания кода делителя Б из кода делимого А), срабатывает многовходовая схема И, Сигнал схемы . через схему ИЛИ поступает на счетный вход счетного триггера и на счетный вход счетчика результата и на импульсный выход дели- тельного блока 9. При этом счетный триггер переключается и изменяет направление счета в счетчике делителя и в буферном счетчике блока 9. В третьем цикле вычитания счетчик делителя блока 9 работает на вычитание, а буферный счетчик - на сложение. Последовательность таких циклов вычитания будет продолжаться до тех пор, пока код числа А в счетчике делимого станет равным нулю. В этот момент срабатывает многовходовая схема И и выдает управляющий сигнал на второй нулевой вход триггера, На единичном выходе триггера вырабатывается нулевой потенциал, который запрещает прохождение счетных импульсов через схему И. Сигналом нулевой установки, йбступа ющим с выхода блока управления 20, в нулевое состояние устанавливается реверсивный счетчик 11. Сигналом, поступившим с выхода блока управления 20, в исходное состояние устанавливается блок 9, Сигналом, поступившим с выхода блока управления 20, в нулевое состояние устанавливается триггер 17, который выдает запрещающий потенциал на элемент И 18, Сигналом, поступающим с выхода блока управления 20, в нулевое состояние устанавливается триггер 19, который выдает такой сигнал на шину реверса реверсивного счетчика 11, при котором он работает нэ сложение. Сигнал, поступающий с выхода блока управления 20, вклю :ет реле коммутатора 3, При этом к потенциальным электродам датчика Холла 1 через замкнувшиеся контакты А и Бгруппы коммутатора 3 подсоединяется вторая первичная обмотка трансформатора 5,В первый такт измерения через коммутатор 3 выходной сигнал датчика Холла 1 поступает через трансформатор 5 на синхронный детектор 7. Выходной сигнал синхронного детектора 7 кодируется преобразователем напряжение - код 8, который имеет два выхода: импульсный и кодовый. Счетные импульсы с импульсного выхода пропорциональные и сигйалС потенциальных электродов датчика Холла 1 поступает через элемент ИЛИ 10 на реверсивный счетчик 11, считаюЩий в прямом направлении. В счетчике 11 после"йервого1такта будет код Й 1, например при отрицательном направлении магнитной индукции - В относительно расположения датчика Холла и код Й 1, при положительном направлении магнитной индукции "+" В.81 = (15 пВ+ 110 нэ.М 1 =1 ЯпВ(ЮНЭ,Во второй такт измерения управляющий сигнал с выхода блока управления 20 отключает реле коммутатора 3. В этом случае контакты А и В первой группы гр ком- мутатора 3 размыкаются, а контакты Д и С второй группы 11 гр замыкаются. При этом на вход синхронного детектора 7 с трансформатора 5 поступает часть сигнала с токовых электродов датчика Холла 1. Сигнал с токовых электродов датчика Холла 1 поступает на первую первичную обмотку трансформатора 5 через последовательно соединенные трансформатор 4 и делитель со средней точкой.Сигнал синхронного детектора 7 преобразуется в кодН 2 = Ю 1 = Ипг,где гц - сопротивление датчика Холла,Затем по сигналу, поступающему с выхода блока управления 20, на первый вход делительного устройства 9 поступает код Из с блока констант 14. Код йз, хранящийся в блоке констант 14, равен коэффициенту компенсации Кк10 11 М 5 И 1 - Й 4 = (3(1 (1 пВ + 3 с 10 нэ) - М 10 нэ = ИЯ ЗпВ,Йз=М 01 1 пг 1 пг (1Онэ Онэ Онэ ( 1На второй вход делительного устройства 9 поступает код посигналу с выхода блока управления 20. 5После деления кода Й 2 на код Йз в устройстве деления 9 по сигналу, поступающему с выхода блока управления 20, в устройстве деления установится код Йа,332 31 1 п гна -- - к 1 вМз 3 п г,рОнэРезультат деления с импульсного выхода блока 9 в виде импульсов поступает на реверсивный счетчик 11. При отрицательном найраолении магнитной индукции "-" В реверсивный счетчик 11 будет работать на вычитание, при положительном направлении магнитной индукции "+" В реверсивный счетчик 11 будет работать на сложение, На правление магнитной индукции определяется в первый такт измерения. Работа реверсивного счетчика 11 зависит от направления магнитной индукции относительно расположения датчика Холла 1. При отрицательном направлении магнитной индукции "-" В выходной сигнал усилителя-ограничителя 15, подключенного к синхронному детектору 7, является разрешающим (логическая единица "1") для эле мента И 16. При поступлении управляющего сигнала с выхода 28 блока управления 20 элемент И 16 срабатывает и выдает сигнал на единичный вход триггера 17. Триггер 17 переходит в единичное состояние и выдает 5 разрешающий потенциал на элемент И 18,Во втором такте измерения при поступлении управляющего сигнала с выхода 30 блока управления 20 срабатывает схема И 18 и выдаетуправляющий сигнал на единич ный вход триггера 19, Триггер 19 переходит в единичное состояние, При этом состоянии триггера 19 реверсивный счетчик 11 будет работать на вычитание, При положительном направлении магнитной индукции "-" В со стояние триггеров 17,19 не изменлетсл и поэтому режим работы реверсивного счетчика 11 не изменяется во второй такт измерения, т,е. реверсивный счетчик 11 во втором такте будет работать на сложение,Таким образом, после пятого такта в реверсивном счетчике 11 установится код Й 5 при отрицательном направлении магнитэной индукции "-." В и код й 5 при положительном направлении магнитной индукции 55 13+и ВМ 5 = й 1+ И =-(1151 пВ - 110 нэ) +(- 110 нэ = 1151 п В .Следовательно, временная и температурная нестабильность параметроо датчика Холла не приводит к появлению аддитионой погрешности, поскольку напряжение неэквипотенциальности не влияет на измерение ЭДС Холла, так как вторал и третья составляющие последного уравнения будут изменятьсл на одну и ту же величину и будут взаимно компенсироватьсяИЬ = ИЪ) - НФ) =- К 1 зпВ+-310 нэ(1) + 3(10 нэ(1)3 = 3131 и В .формула изобретения Цифровой измеритель магнитной индукции, содержащий последбвательно соединенные стабилизатор тока и датчик Холла, коммутатор, два трансформатора, переменный резистор со средней точкой, последовательно соединенные синхронный детектор, преобразователь напряжение - код, делительное устройстоо, элемент ИЛИ, реверсивный счетчик, дешифратор и цифровой индикатор и блок констант, выход которого подключен к второму входу делительного блока, импульсный выход преобразователя напряжение - код соединен с вторым входом элемента ИЛИ, вход синхронного детектора соединен с вторичной обмоткой первого трансформатора, первичные обмотки которого соответственно соединены со средней точкой переменного резистора и через нормально разомкнутые контакты первой группы коммутатора с потенциальными электродами датчика Холла, переменный резистор соединен с вторичной обмоткой второго трансформатора, первичная обмотка которого соединена через нормально замкнутые контакты второй группы коммутатора с токовыми электродами датчика Холла, управляющий выход стабилизатора тока соединен с управляющим оходом синхронного детектора, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения магнитной индукции, введены усилитель-ограничитель, доа элемента И, доа триггера и блок управления, выходы которого соответственно соединены с управляющим оходом коммутатора, с запускающим входом преобразователя напряжение - код, с нулевым входом реверсивного счетчика. нулевым входом делительного блока, входом записи дели- тельного блока, входам деления делитель- ного блока. нулевым входом первого триггера, нулевым входом второго триггера, входом дешифратора, входом первого элемента И. управляющим входол 1 блока кон10 1755221 2 б Составитель А. РомановТех ед М,Моргентал едактор Н. Горват Р Корректор О. Юркове каз 2891 ВНИИП Тираж осударственного комитет 113035, Москва, ГКНТ СССР о изоб 35, Рау Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,стант, входом второго элемента И. второй вход которого соединен с выходом первого триггера, единичный вход которого соединен с выходом первого элемента И, сигнальный вход которого через усилитель-ограничитель соединен с входом преобразователя напряжение - код и выходом синхронного детектора, причем вход реверса реверсивного счетчика соединен с выходом второго триГгера, единичный вход 5 которого соединен с выходом второго элемента И. Подписноеениям и открытикая наб 4/5