Цифровой измеритель магнитной индукции

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОУСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Сфвэ Сфеетсккк Сфцналмстическкк Республик(22) Заявлено 110578 (21) 2616139/18-21 Р 1)М Кд2 с присоединением заявки йо(23) Приоритет С 01 Я 33/06 Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне индукции постоянных магнитных полей.Известен измеритель по авт.св.9 347704, состоящий из датчика Холла источника переменного тока для его питания, дополнительной катушки, в поле которой находится датчик Холла, источника постоянного тока для питания обмотки дополнительной катушки, преобразователя "напряжение-код", реверсивного счетчика, делительного устройства, устройства управления и цифрового отсчетного устройства,в котором преобразователь "напряжеииекод" включен между датчиком Холла, реверсивным счетчиком и делительным устройством, второй вход которого подсоединен к выходу реверсивного счетчика, а выход - к цифровому отсчетному устройству, устройство управления соединено с преобразователем "напряжение-код", делительным устройством, реверсивным счетчиком, источником постоянного тока и цифро" вым отсчетным устройством 1 .Цикл измерения в данном устройст" ве состоит из двух тактов. 2Недостатком данного устройстваявляется зависимость результатов изМерения от направления измеряемогомагнитного поля и недостоверность 5 результатов измерения при несовпадающих по направлению измеряемом и дополнительном магнитных полях и припревышении индукции дополнительногомагнитного поля индукции иэмеряемо го магнитного поляЦелью данного изобретения является повышение точности.Поставленная цель достигается тем,что в цифровой измеритель магнитной 15 индукции, дополнительно вводятся фазовый элемент, триггер полярности,управляемый делитель, анализаторчисла, элемент ИЛИ, пять элементовИ, три триггера, два триггера со 20 счетным входом, выход первого триггера со счетным входом соединен суправляющим входом реверсивногосчетчика, счетный вход через первыйэлемент И - с блоком управления, 2 ъ единичный вход через элемент ИЛИ ивторой элемент И - с первым выходомфазового элемента и единичным входомтриггера .полярности, нулевой входчерез третий элемент И - с первым 30 выходом фазового элемента и нулевымвходом триггера полярности, первыйвход анализатора числа подключен куправляющему входу реверсивногосчетчика, второй вход - к блоку управления, а выход - к первому входуаятого элемента И и к единичному входу первого триггера, второй вход которого соединен с блоком управления,а выход через четвертый элемент Ис единичным входом второго триггерасо счетным входом, первый выход вто"рого триггера со счетным входом под фсоединен ко вторым входам первого,второго, третьего и пятого элементовЙ, а второй выход - ко второму входуэлемента ИЛИ, выход четвертого элемента И соединен с единичньм входом 1второго триггера, выход которого пбдключен кединичному входу третьеготриггера, выход которого соединен сосчетным входом второго триггера сосчетным входбм, причем блок управления соединен с третьими входами второго, третьего и четвертого элемен,тов И, нулевыми входами второго итретьего триггеров, нулевой входтриггера полярности подключен ктретьему входу четвертого элементаИ, выход триггера полярности подключен ко входу управляемого делителя,вторым входом подключенного к выходудатчика Холла и первому входу Фазового элемента, второй вход которогосвязан со входом датчика, Холла, выход управляемого делителя - со входом преобразователя "напряжениекод", а выход пятого элемента И - совходом цифрового отсчетного устроЯства.На Фиг. 1 представлена структурная схема цифрового измерителя магнитной индукции; на фиг. 2 представлены временные диаграммы работы измерителя.ЦиФровой измеритель магнитной ин"дукции состоит из датчика Холла (ДХ)1, источника 2 переменного тока,источника 3 постоянного тока, дополнительной катушки 4, управляемого делителя 5, фазового элемента б, триг. гера 7 полярности,преобразователя8 "напряжение-код", реверсивногосчетчика 9, делительного устройства10 р цифрового отсчетного устройства11, устройства 12 управления, анализатора 12 числа, двух триггеров 14,15 со счетным входом, трех триггеров17, 18, пяти элементов И 19, 201, 22, 23 и элемента ИЛИ 24. 55"Работа устройства происходит следующим образом.Фазовый элемент б в зависимостиот направления магнитного пойя, действующего на датчик Холла 1, устанав-. щливает триггер 7 полярности в определенное состояние; Например, при по 46 Мйтельном"направлении магнитногополя управляющий сигнал с фазовогоэлемента б поступает на едийичный д 5,вход триггера 7. Триггер 7 полярности выдает на управляемый делитель 5 сигнал, который устанавливает его в состояние, соответствующее положительному направлению магнитного поля. При отрицательном направлении магнитного поля управляющий сигнал с фазового элемента б поступает на нулевой вход триггера 7 полярности. Триггер 7 полярности устанавливает управляемый делитель 5 в состояние, соответствующее отрицательному направлению магнитного поля;Если при отрицательном направлении магнитного поля чувствительность ДХ больше, чем при положительном направлении, то коэффициент передачи управляемого делителяпри отрицательном направлении магнитного поля будет меньше единицы при условии, что при положительном направлении он принят за единицу. При обратном соотношении коэффициент передачи при отрицательном направлениимагнитного поля будет больше единицы.Цикл измерения предлагаемого устройства состоит:1. Из двух тактов при условии:изм дощиз ВдопсовпадаютВ Ь В иВпо направлению;б) ВизмъВдоо) Визм иВ и не совпадают по направлению;изм доп 1 Визм и Вдо совпадаюто Ъйо направлению.2. Из четьуех тактов.при условии,В (Виъм допьвм и удод не совпадают по направлению.Работа в два такта происходит следующим образом. В первом такте на ДХ 1 одновременно воздействуют два постоянных магнитных поля: измеряемое Вдм и дополнительное Воп.создаваемое дополнительной катушкой 4, в поле которой находится ДХ 1. По обмотке дополнительной катушки 4 протекает ток от источника 3 постоянного тока. Выходной сигнал ДХ 1 через управляемый делитель 5, пропорциональный алгебраической сумме величин (В;+Воп. ) поступает на преобразователь 8 "напряжение-код", откуда в виде пооледовательности импульсов поступает на реверснвный счетчик 9, который в первом такте работает или на сложение или на вычитание. Режим работы реверсивного счетчика в первом такте определяется состоянием Фазового элемента б. При совпадающих по направлениюмагнитных полях В,и Впо, (например, при положительном направлении дополнительного магнитного поля 69 оп.) сигнал начальной установки НУ, поступающий на вход 25 элементов И 20, 21, пройдет через элемент И 20 и элемент ИЛИ 24 на нулевой вход триггера 14 реверса (фиг. 2 а). В эТом случае триггер 14 реверса выдает такой управляющийсигнал на реверсивный счетчик 9,прикотором он будет работать на сложение. Реверсивный счетчик 9 зафиксирует код М, пропорциональный суммемагнитных индукций измеряемого и дополнительного полей: 3й а 9 +В эк 1Во втором тактена ДХ 1 действует только измеряемое магнитное поле Виэ , так как устройство 12 управлеиэмфнйя выключает источник 3 постоянноготока. Выходной сигнал ДХ 1 через управляемый делитель 5, пропорциональный измеряемой магнитной индукции Виэм, поступает на преобразователь 8 ."напряжение-код", откуда в виде последовательности импульсов поступает на реверсивный счетчик 9. Во втором такте реверсивный счетчик 9 работает на вычитание, Изменение на" правления счета происходит по сигна) лу, поступающему с выхода блока управления 12 через элемент И 19 насчетный вход триггера 14 реверса. В результате после второго такта реверсивный счетчик 9 зафиксирует число 25 импульсов й, пропорциональное индукции дополнительного магнитного поляЙ =6 +ь 5 к 1 -Ь б к 1иэм доз ) п иэм тПри несовпадающих по направлению магнитных полях Ьиэм.и В 9 оп (при положительном направлении дополнительно-"го магнитного поля) сигнал НУ, по ступающий на вход элементов И 20,21, пройдет через элемент И 21 на единичный вкод триггера 14 реверса. :В этом случае триггер 14 реверса впервый такт измерения выдает,на ре О версивный счетчик 9 такой управляющий сигнал, при котором реверсивный счетчик 9 работает на вычитание. Реверсивный счетчик 9 зафиксирует отрицательное число Н, пропорциональное разности магнитных индукций измеряемого и дополнительного полей.н,:-ь, -Во втором такте реверсивный счет- щ чик 9 будет работать на,сложение. В результате после второго такта реверсивный счетчик 9 зафиксирует число импульсов М, пропорционаЛьное дополнительному магнитному полю(Виэм Ваоп) зфашизмэф 1 гп= Вцоп е к тПосле двух тактов измерения на входы делительного устройства 10 поступают числа й с выходного регистра преобразователя 8 "напряжение код" и й- с реверсивного счетчика9. После поступления управляющегосигнала с устройства 12 управления, целительное устройство 10 совершает операцию деления числа йэ на числоЙ . Результат деления, равныйэ Оз иэм ЙЗма йъ кт Вкоп яоп не будет зависеть от удельной чувствительности датчика Холла к индукции, его тока питания, коэффициента передачи схемы и взаимного направления измеряемого и дополнительного магнитных полей, Если значение индукции дополнительного магнитного поля Ь 9 , принять за единицу измеряемой величины, то результат деления будет пропорционален измеряемой магнитной индукции.ПРИ Воп. ВиЗм И НЕСОВПадаЮщИХ по направлению Вэ и 89 работа происходит в четыре такта. Временные. диаграммы работы устройства приведены на фиг. 26. Работа в первые два такта ничем не отличается от описанной выше работы. В конце второго такта производится сравнение уровней измеряемого и дополнительного магнитных полей. Если Вп иэми они не совпадают по направлению, то во второй такт измерения число й в реверсивном счетчике 9 при подсчете суммарных импульсов первого и второго тактов не происходит, через "0", а управляющий сигнал появляется на отрицательном выходе Фазового элемента 6. В этом случае триггер 16 разрешает прохождение сйгнала через элемент И 22 на единичные входы триггеров 15 и 17. Управляющий сигнал с выхода триггера 15 запрещает прохождение сигналов через элеменТы И 20,21, 19 и 23, а управляющий сигнал с выхода триггера 15 проходит через элемент ИЛИ 24 на нулевой вход триггера 14 реверса.При работе в два такта триггер 15 находится в исходном состоянии, по- Скольку через элемент И 22 не посту" пает управляющий сигнал на его еди- ничный вход, и разрешает прохождение управляющих сигналов через элементы И 20, 19, 21, 23.Триггер 14 реверса выдает такой управляющий сигнал, при котором реверсивиый счетчик работает на сложение. В третьем такте на ДХ 1 одновременно воздействуют два постоянных магнитных поля; измЕряемое и дополнительное. Реверсивный счетчик 9 зафиксирует число М, процорциональное раэности магнитных индукций измеряемого и дополнительного полейф одоп иэм тпВ четвертом такте йа ДХ 1 действует только измеряемое магнитное полеЭиз , так как устройство 12 управления отключает источник 3 постоянного тока. Так как направление счета в реверсивном счетчике 9 в четвертом такте не изменяется,то есть он работавт иа сложение, то в четвертом такте ре версивный счетчик 9 зафиксирует код Й, пропорциональный дополнительному магнитному полю.10,Ьпо,;5 К 1В конце четвертого такта срабатывает .триггер 18, который устанавливает триггер 15 в нулевое состояние.При этом на входы элементов И 20, 21, 19, 23 выдается сигнал, разреша ющий прохождение через эти схемы уп-. равляющих сигналов.Результат деления М на йз, полученный в делительном устройстве 10, считывается цифровым отсчетным уст ройством 11 в конце четвертого такта измерения.30фОрмула изобретенияЦифровой измеритель магнитной индукции по авт.св. 9 347704, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в него дополни тельно вводятся фазовый элемент, триггер полярности, управляемый делитель, анализатор числа, элемент ИЛИ, пять элементов И, три триггера и два триггера со счетным входом, выход 40 первого триггера со счетным входомсоединен с управляющим входом реверсивного счетчика, счетный вход через первый элемент И - с блоком управления, единичный вход через элемент ИЛИ и второй элемент И - с первым выходом фазового элемента и с единичным входом триггера полярности, нулевой вход через третий элемент И - с первым выходом фазового элемента и нулевым входом триггера полярности, первый вход анализатора числа подключен к управляющему входу ре" версивного счетчика, второй вход - к блоку управления, а выход - к первому входу пятого элемента И и к единичному входу первого триггера, второй вход которого соединен с блоком управления, а выход - через четвертый элемент И - с единичным входом второго триггера со счетным входом, первый выход второго триггера со счетным входом подсоединен ко вторым входам первого, второго, третьего и пятого элементов И, а второй выход - ко второму входу элемента ИЛИ, выход четвертого элемента И соединен с единичным входом второго триггера, выход которого подключен к единичному входу третьего триггера, выход которого соединен со счетным входом второго триггера со счетным входом, причем блок управления соединен с третьими входами второго, третьего и четвертого элементов Й, нулевыми входами второго и третьего триггеров, нулевой вход триггера полярности подключен к третьему входу четвертого элемента И, выход триггера полярности подключен ко входу управляемого делителя, вторым входом подключенного к выходу датчика Холла и первому входу фазового элемента, второй вход которого связан со входом датчика Холла, выход управляемого делителя - со входом преобразователя "напряжение-код", а выход пятого элемента И - со входом цифрового отсчетного устройства.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9 347704, С 01 Е 33/06, 1971.748305 Эху бац пи К ППП фПат Фили Рву Рй, гю ОА. в ОЬ. В Ой бх д 30/32 ф 1 ираж 1019 Подписно г. Ужгород, ул, Проектная,