Устройство для измерения магнитнойиндукции

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 04,1178 (21) 2680449/18-21с присоединением заявки Ио(23) Гриоритет -Опубликовано 300681 Бюллетень ИЯ 24Дата опубликования описания 30.06.81 С 01 В 33/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретения Буй Ван Шанг к Н,И.Грибок 71) Заявител нина палитехнически ьвовский орде(54) У ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТ 1 ИНДУ 111 ИИ тся к магнитнымыть использовано индукции магнитдиапазоне значег орма ощьюна. Устройство относиизмерениям и может бдля точных измеренийных полей в широкомний индукции.Па основному авт.св, 9 756325 известно устройство для измерения ма нитной индукции, содержащее двухэажимный магнитарезистар, источник опар ного напряжения, два переключателя, интегратор, сравнивающий блок, селектор, генератор импульсов, реверсивный счетчик, двоичный умножитель частоты и блок управления, выходы которого соединены с входом селектора и входами переключателей, первый вход первого из которых соединен с первым выходом источника опорного напряжения и с одним из зажимов магнитореэистара, другой зажим которого эаземлен, при этом выход первого переключателя через интегратор и сравнивающее устройства соединен с выходом селектора, второй вход которого связан с выходом генерзтора импульсов, Ъ выходс входом, счетчика результата двоичного умножителя частоты, а также дополнительную катушку, резистор и источник постоянного тока, управляющий вход которого связан с блоком управлення, два сигнальных выхода соединены с входами второго переключателя,выходы, катарага подключены к зажимам катушки, создающей образцовоемагнитное пале, пронизывающее магнитарезистар, заземленный зажим которога соединен с одним эажимсм резисторадругой зажим подключен ка второмувыходу источника апарнага напряженияи ка второму входу первого переключателя, а выход селектора саед нен свходом одной из схем совпадения и ссумииоующим входам реверсивного счетчика управления двоичного умнажителя 5 частоты, вычитающий вход каторога сединен с выходам селектора, а инФоционные выходы подключены к входамгруппы схем совпадения, вторые входыкоторых связаны с инФармационными вы О ходами счетчикарезультата, а выходыподключены к входам схемы собирания,один из входов которой соединен с выходом селектора, а выход связан с суммирующим входом реверсивного счетчиз ка, вычитающий вход которого соединенс выходам селектора, вход управлениякоторого связан с выходам реверсивного счетчика 1).Однако точность измерения с пом О известного устройства недостаточ1 О 15 2 О 25 30 35 40 45 5 О Цель изобретения - повышение точности измерений при расширении рабочего диапазона измерения магнитнойиндукции,Для достижения поставленной целив устройство содержащее магниторе"истор, источник опорного напряжения,резистор, переключатель, катушку,источник постоянного тока, интегратор, сравнивающее устройство, селектор, генератор импульсов, реверсивный счетчик импульсов, блок управления, выходы которого соединены совходами селектора, переключателя, источника постоянного тока, первый выход которого подключен к первому заЖиму катушки, создающей образцовоемагнитное поле, пронизывающее магниторезистор, один иэ зажимов которогочерез первый провод линии связи соединен с заземленным зажимом резистора, доугой зажим через второй провод линии связи подключен к первомувходу переключателя и к одному извыходов источника опорного напряжения, другой выход которого соединенс другим зажимом резистора и с,вторым входом переключателя, выход которого через интегратор и сравнивающее устройство соединен со входомселектора, второй вход которого связан с выходом геиератора импульсов,а выход соединен со входом реверсивного счетчика, а также двоичный умножитель частоты, состоящий из реверсивного счетчика управления, счетчика результата, группы элементов совпадения И, элементов собирания ИЛИ,введены последовательно соединенныеделитель частоты и второй элементсобирания ИЛИ, выход которого поцключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, второй вход - к выходу селектора, первый вход, делителячастоты соединен с выходом первогоэлемента собирания ИЛИ, а второйвход - с выходом блока управления.Кроме того, катушка снабжена многозажимной катушкой,а переключатель,вход которого соединен с выходом источника постоянного тока, а выходыподключены ко второму зажиму первойкатушки и к зажимам многозажимнойкатушки, выполнен многоканальным,причем две катушки соединены .последовательно и помещены в магнитное полевместе с магниторезистором.На чертеже изображена функционазГьная схема устройства.Устройство содержит источник 1.стабильного тока, переключатель 2,первую катушку 3, вторую многозажимную катушку 4, двухзажимный магниторезистор 5, источник б опорного напряжения, резистор 7, переключатель 8,интегратор 9, сравнивающий блок 10,селектор 11, генератор 12 импульсов,реверсивный счетчик 13, двоичный умножитель 14 частоты, состоящий иэ реверсивного счетчика 15 управления, элемента собирания ИЛИ 16, группы элементов совпадения И 17 и счетчика 18 результата, блок 19 управления, делитель 20,частоты, второй элемент собирания ИЛИ 21. Выходы блока 19 правления соединены со входами селектора 11, переключателя 8, источника1 тока, первый вход которого подключен к первому зажиму катушки 3, создающей образцовое магнитное поле, пронизывающее магниторезисторы 5, один из зажимов которого через первый провод линии связи соединен с заземленным зажимом резистора, второй зажим через второй провод линии связи подключен к первому входу переключателя 8 и к одному из входов источника б опорного напряжения, другой выход которого соединен с другим зажимом резистора 7 и со вторым входом переключателя 8,выход которого через интегратор 9 и сравнивающий блок 10 соединен со входом селектора 11, второй вход которого связан с выходом генератора 12 импульсов, а выход связан со входом реверсивного счетчика 13, вход многоканального переключа теля 2 соединен со вторым выходом источника 1 тока, а выходы подключены ко второму зажиму первой катушки 3 и к зажимам многоэажимной катушки 4, причем катушки 3 и 4 соединены последовательно и помещены в магнитное поле вместе с магнитореэистором 5, а выходы селектора 11 соединены с одним из входов второго элемента собирания ИЛИ 21, со счетным входом счетчика результата, с суммирующими и вычитающими входами счетчика 15 управления, а выход первого элемента собирания ИЛИ 16 через делитель 20 частоты с другим входом второго элемента собирания ИЛИ 21, выход которогосвязан с суммирующим входом реверсивного счетчика 13, выход которого соединен со входом управления селектора 11, выходом подключенного к дополнительному входу реверсивного счетчика 15 управления, являющемуся вычитающим входом его второго триггера, при этом блок 19 управления соединен с делителем 20 частоты и со входом счетчика 18 результата.Устройство работает следующим образом. В области слабых полей зависимость сопротивления магниторезистора от индукции имеет квадратичный характер, затем она постепенно становится линейной и остается таковой вплоть до 10 Т, При значениях индукции больше 10 Т кривая зависимости может быть нелинейной. Кривая зависимости сопротивления магнитореэистора от индукции симметрична.Устройство работает в четырех поддиапазонах магнитной индукции.В первой области (квадратичная характкристика магниторезистора) устройство работает следующим образом.В исходном состоянии счетчики 13, ,15 и 18 сброшены в состояние, нуля, переключатель 8 находится в нейтральном положении, а переключатель 2 на 5 ходится в положении О. В первом цикле коммутации сигнал из блока 19 управления подключает переключатель 8 в верхнее положение на время периода Т напряжения сети. На магниторезистор действует лишь измеряемое магнитное поле с индукцией, В момент С - Т блок 19 управления переводит1переключатель 8 в нижнее положение и открывает селектор 11 по дополни тельному входу реверсивного счетчика 15 управления. При этом в интеграторе 9 интегрируется напряжение до момента равенства нулю его выходного напряжения, которое фиксируется срав- Щ нивающим блоком. В реверсивном, счетчике 15 эафиксируется дополнительйый код числа И, поскольку импульсы поступают на вычитающий вход второго триггера реверсивного счетчика 15.Во втором цикле коммутации по сигналу блока 19 управления включается переключатель 2 в положении 1,вследствие чего через катушку 2 начинает протекать ток от источника Х/ приводящий к воэникновению образцовой индукции Во, совпадающей по направлению с измеряемой индукцией Вд . В результате преобразования, основанного на принципе двухтактного интегрирования на суммирующий вход счетчика 15 управ-/5 ления и на вычитающий вход реверсивного счетчика 13 во время второго цикла коммутации поступает число импульсов И 2 . Так как в конце первого цикла коммутации в реверсивном счет чике 15 зафиксирован дополнительный код числа И/ то к концу второго цикла коммутацйи в нем зафиксируется число И И 2 - И.45На третьем цикле коммутации переключатель 2 находится в том же положении (положении 1), блок 19 управления изменяет на противоположное направление тока в катушке 3, Вследствие о этого на .магниторезистор 5 воздействуют два постоянных противоположно направленных магнитных поля с индукциями В и В. К концу третьего цикла коммутации в результате интегрирующего время-импульсного преобразования на суммирующий вход счетчийа 13 и на вход второго элемента собирания ИЛИ 21 поступает число импульсов И,. Так как к концу второго цикла коммутации в реверсивном счетчике 15 уп равления зафиксирован код числа М/. = И - И,то к концу третьего цикла в нем зафйксируется число И. Поскольку в реверсивном счетчике 13 зафиксирован код числа Н 2/ то к концу треть-его цикла в нем зафиксируется число 6 2 4После третьего цикла блок 19 управления открывает селектор 11 по входу счетчика 18 результата, вследствие чего на его вход поступают импульсы с частотой следования Г доо момента, когда реверсивный счетчик 13 переходит в нулевое состояние, 1 ри этом в счетчике результата эафиксируется число импульсов И , пропорциональное измеряемой индукции В .После преобразования при коэффициенте деления делителя частоты К = 1 получим В = -- ИВо2 Ио 7(1) где Ио - информационная емкость счетчиков 15 и 182 Ио- 10 С а - 0 1 2В/ / /Этот режим измерения применяетсятолько в диапазоне магнитной индукции, которая определяется иэ соотношения ВоВ ( В с/4 п / где Влъ;д -граница между начальным нелинейными линейным участкам и характеристикимагнитореэисторов.Если измеряемая магнитная индукциянаходится во второй области линейнойхарактеристики, то процесс измеренияосуществляется следующим образом.В исходном состоянии счетчики 13,15 и 18 сброшены в состояние нуля,переключатель 8 находится в нейтральном положении, а многоканальный переключатель 2 - в положении О. В первом цикле коммутации блок 19 управления переводит переключатель 8 вверхнее положение на время периода Тнапряжения сети. На магнитореэистордействует лишь измеряемое магнитноеполе с индукцией В. К концу первогоцикла коммутации после преобразования на вычитающий вход счетчика 15поступает число импульсов И,Во втором цикле коммутации переключатель 2 находится в положении 11, через катушку 3 и первую и вторую обмотки катушки 4 протекает ток. В результате преобразования на суммирующий вход счетчика 15 и на вычитающий вход счетчика 13 поступает число импульсов И./ . Так как к концу первого цикла в счетчике 15 зафиксирован дополнительный код числа И 4 , то к концу второго цикла в нем эафиксируется число И 3 . В третьем цикле коммутации переключатель 2 находится в том же положении, что и во втором цикле, в направление тока изменяется на противоположное. Количество импульсов к концу третьего цикла, поступив; шее на вход второго элемента собирания Ю 1 И 21, равно И 4 . Так как к кон" цу второго цикла в счетчике 13 зафиксировано число И 2 / то к концу третьего цикла в нем зафиксиУется число импульсов И 1И - И 4 . Одновремен 842650но блок 19 управления открывает селектор 11 по входу счетчика 18, на входкоторого начинают поступать импульсыс частотой Г,( до момента, когда реверсивный счетчик 13 переходит в нулевое состояние. При этом в счетчике,результата зафиксируется число импульсов 1( , После преобразования получимВоВх : -- 1( (2)(оВторая область измерения неможет Оохватить весь линейный участок характеристики магниторезистора, ограниченный пределами В и Вп( , Поэтому в третьей области лийейнойхарактеристики магниторезистора устройство работает следующим образом.В исходном положении все счетчикисброшены в состояние нуля, переключатель 8 находится в нейтральном положении, а переключатель 2 - в положении О, 2 ОВ первом цикле коммутации на катушки 3 и 4 поступает ток, вслецствиечего на магниторезистор действуетлишь измеряемая магнитная индукцияВ . В результате преобразования на 25вычитающий вход реверсивного счетчика 15 управления поступает число им(пульсов ИВо втором цикле коммутации переключатель 2 находится в положении 1. ЗОПри этом на магниторезистор воздействует образцовое и измеряемое магнитное поле с индукциями В и В, , Врезультате преобразования на суммирующий вход реверсивного счетчика 15 ина вычитающий вход счетчика 13 посту(пает число импульсов И , Так какк концу первого цикла в счетчике 15(зафиксировано число Б , то к концувторого цикла в нем зафиксируется кодчисла Н 3 - : И в . ия ((240В третьем цикле коммутации переключатель 2 переводят в положение У,а сигналом блока 19 управления меняЕтся направление тока. При этом намагниторезистор воздействуют два противоположно направленных магнитныхполя с индукцией В и КВ . К концутретьего цикла на вход элемента собирания ИЛИ 21 поступает число импульсов И 4 . С учетом числа импульсов щ, которые поступили на вычитающий вход счетчика 13 ,к концу третьего цикла в нем зафйксируется числоимпульсовН- Б 2 - И( ( иПосле третьего цикла по сигналублока управления в счетчике 18 записывается код числа й и через некоторое время открывается селектор 11 повходу счетчика 18. К концу четвертогоцикла на вход счетчика 18 результатапоступает число импульсов 1( , а в бОсчетчике 18 зуфйксируется код числа при Кд = 1 1 И " + И, При 16(3) Расширение рабочего диапазона индукции в нелинейной области квадратичной характеристики магниторезистора основано на принципе перемещения индукции, пронизывающей магниторезистор в линейном участке характеристики.В исходном состоянии все счетчики сброшены в нулевое состояние. В первом цикле коммутации переключатель 2 находится в положении 111, Ток,протекающий через катушки, создает противоположную по направлению с измеряемой индукцию. В результате преобразования на суммирующий вход счетчика 15 и вход счетчика. 13 поступает число. импульсов 1 , Во втором цикле переключатель 2 находится в положении 1 У. На магниторезистор воздействуют два противоположно направленных магнитных поля с индукциями В и К(Во, К концу второго цикла на вычитающий вход реверсивного счетчика 15 поступает число импульсов И . С учетом поступившего количества импульсов И в счетчике 15 зафиксирован кодчйсла Ы 3В третьем цикле коммутации переключатель 2 находится в положении У 1.На магниторезистор воздействуют два противоположно направленных магнитных полЯ с индукциЯми В х и К Вд,Во втором цикле через элемент собирания ИЛИ 21 на суммирующий вход счетчика 13 поступает число импульсовВ 4а к концу цикла в нем зафикси руется число импульсов= И(бИ (.В четвертом цикле коммутации по сигналу блока управления в счетчике 18 устанавливается код числа И и через некоторое время открывается селектор 11 по входу счетчика 18 результата. На вход счетчика 18 поступают импульсы с частотой Г до момента, когда реверсивный счетчик 13 переходит в нулевое сосгояние, Количество импульсов, которое поступило на вход счетчика результата, будет равно(5И КД3ла обработки результата измерения в счетчике 18 результата зафиксируется(од числа И - И + ЫЕсли коэффициент деления К делителя 20 частоты равен К 4 - К и(3 И : М 0 (КЬ +К 3), то после преобразования измеряемая индукция определяется по формуле0Таким образом, в устройстве обеспечена независимость результата измерения от временной и температурной нестабильности параметров магниторезистора, линии связи, коэффициента передачи схемы, так как измеряемая магнитная индукция не зависит от начального сопротивления В 01 и Н 02 удельной842650 10 15 формула изобретения Составитель Е.ДанищенаТехред М, Коштура Корректор Г,Решетник Редактор Л.филь Заказ:5090/53 Тираж 732 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб.,д, 4/5филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 чувствительности магниторезистора 5, их температурной и временной нестабильности, значения частоты Е гене- ратора 12 импульсов, нестабильности опорного напряжения 17 о, сопротивления соединительных проводов г , г и резистора й , их значения, постоянной времени " интегратора 9, что приЮодит к повышению точности измерения. Кроме того, устройство позволяет расширить рабочий диапазон.измеряе О Мой индукции не только в линейном участке, но и в области индукций, превышающих 10 Т. Устройство для измерения магнитной индукции по авт.св. Р 756325,о т л ич а ющ е е с я тем, что, с целью 2 О повышения точности измерений, в него дополнительно введены последовательно соединенные двигатель яд тот нвторой элемент собирания ИЛИ, выодкоторого подключен к суммирующемувходу реверсивного счетчика, второйвход - к выходу селектора, первыйвход делителя частоты соединен с выходом первого элемента собирания ИЛИ,а второй вход - с выходом блока упрая 1пения,2, Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что катушкаснабжена многоэажимной катушкой, апереключатель, вход которого соединенс выходом источника постоянного тока,а выходы подключены ко второму зажимупервой катушки и к зажимам многоэажимной катушки выполнен многоканальным,причем две катушки соединены последовательно и помещены в магнитное полевместе с магнитореэистором.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 756325 от 4.04.78.