Цифровой измеритель магнитной индукции

(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕНОЙ ИНДУКЦИИ(57) Использование: в оизмерений и для прецизи ТТЕЛЬ МА бласти магнитных онного измерения ГОСУДАРСТВЕННЪи КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для прецизионного измерения в широком диапазоне индукции постоянных магнитных поЦелью изобретения является расширение области использования за счет обеспечения определения направления магнитной индукции и повышения точности.На фиг, 1 приведена схема цифрового измерителя магнитной индукции; на фиг, 2 приведены временные диаграммы работы блока управления цифрового измерителя магнитной индукции.Цифровой измеритель магнитной индукции (фиг. 1) состоит из датчика Холла 1, стабилизатора 2 тока, коммутатора 3, выполненного в виде первого и второго управляемых выключателей, трансформатора 4, трансформатора 5 с дополнительной первичной обмоткой, переменного резистора 6, синхронного детектора 7, преобразователя 8 код - код, блока 9 деления, элемента ИЛИ 10, реверсивного счетчика 11, дешифратора в широком диапазоне индукции постоянных магнитных полей, Сущность изобретения: измеритель включает датчик 1, стабилизатор 2, коммутатор 3, трансформаторы 4, 5, резистор 6, детектор 7, преобразователь 8, блоки 9, 14, элемент ИЛИ 10, счетчик 11, дешифратор 12, индикаторы 13, 25, усилитель 15, схемы И 16, 18, 21, 23, триггеры 17, 19, 22, 24. Особенностью изобретения является то, что в измеритель введены блоки 15-25, что позволяет расширить область использования за счет обеспечения определения направления индукции и повысить точность, 2 ил. 12, цифрового индикатора 13, блока 14 констант, усилителя-ограничителя 15, схемы И 16, триггера 17, схемы И 18, триггера 19, блока 20 управления, многовходовой схемы И 21, триггера 22, схемы И 23, триггера 24 и индикатора 25 полярности,ЕвайТоковые электроды датчика Холла 1 соединены со стабилизатором 2 тока. Первич- р ная обмотка трансформатора 4 через параллельно замкнутые контакты С, О второго управляемого выключателя коммутато ра 3 соединена с токовыми электродами Ю датчика Холла 1, Первая первичная обмотка трансформатора 5 через параллельно разомкнутые контакты А, Б первого управляемого выключателя коммутатора 3 соединена с ф потенциальными (Холловскими) электродами датчика Холла 1. Управляющий вход коммутатора 3 соединен с первым выходом блока 20 управления, Вторичная обмотка трансформатора 4 соединена с переменным резистором б, средняя точка которого соединена с второй первичной обмоткой трансформатора 5. Вторичная обмоткатрансформатора 5 соединена с сигнальным входом синхронного детектора 7, управляющий вход которого соединен с управляющим выходом стабилизатора 2 тока. Выход синхронного детектора 7 соединен с сигнальным входом преобразователя 8 кодкод и входом усилителя-ограничителя 15, Запускающий вход преобразователя кодкод соединен с вторым выходом блока 20 управления, Кодовый выход (параллельный код) преобразователя код-код соединен с первым входом блока 9 деления. Импульсный выход (выход счетных импульсов) преобразователя 8 код - код соединен с первым входом элемента ИЛИ 10, Выход полярности преобразователя код-код соединен с первым входом схемы И 23. Нулевой вход блока 9 деления соединен с третьим выходом блока 20 управления. Вход деления 5 лока 9 деления соединен с четвертым выходом блока 20 управления. Выход(счетные импульсы) блока 9 деления соединен с вторым входом элемента ИЛИ 10. Вход записи блока 9 деления соединен с пятым выходом блока 20 управления, Выход элемента ИЛИ 10 соединен со счетным входом реверсивного счетчика 11. Нулевой вход реверсивного счетчика 11 соединен с шестым выходом блока 20 управления. Вход реверса реверсивного счетчика 11 соединен с выходом триггера 19, Выход реверсивного счетчика 11 (параллельный код) соединен с сигнальным входом дешифратора 12 и вторым входом многовходовой схемы И 21. Управляющий вход дешифратора 12 соединен е седьмым выходом блока 20 управления. Выход (параллельный код) дешифратора 1.2 соединен с цифровым индикатором 13, Управляющий вход блока 14 констант соединен с восьмым выходом блока 20 управления, девятый выход которого соединен с первым входом схемы И 1 б. Выход усилителя-ограничителя 15 . оединен с вторым входом схемы И 16, выход которой соединен с единичным входом триггера 17. Выход триггера 17 соединен с первым входом схемы И 18. Нулевой вход триггера 17 .соединен с десятым выходом блока 20 управления. Второй вход схемы И 18 Соединен с одиннадцатым выходом блоха 20 управления. Третий вход схемы И 18 соединен с первым входом схемы И 23 и первым выходом триггера 22. Выход схемы И 18 соединен с единичным входом триггера 19, нулевой вход которого соединен с двенадцатым выходом блока 20 управления. Второй нулевой вход триггера 19 соединен с вторым нулевым входом триггера 24 и вторым выходом триггера 22. Выход многовходовой схемы И 21 соединен с единичным входом триггера 22, Выход схемы И 23 соединен с единичным входом триггера 24. Выход триггера 24 соединен с входом индикатора 25 полярности.5 Работает цифровой измеритель магнитной индукции следующим образом.Сигнал, поступающий с выхода блока 20управления, устанавливает в нулевое состояние реверсивный счетчик 11. Сигнал, по ступающий с выхода блока 20 управления, висходное состояние устанавливает блок 9 деления, Сигнал, поступающий с выхода блока 20 управления, в нулевое состояние устанавливает триггер 22, который выдает 15 разрешающий потенциал на схему И 23.Сигнал, поступающий с выхода блока 20 управления, устанавливает в нулевое состояние триггер 24. Сигнал. поступающий с выхода блока 20 управления, устанавливает 20 в нулевое состояние триггер 17, которыйвыдает запрещающий потенциал на схему И 18, Сигнал, поступающий с выхода блока 20 управления,в нулевоесостояниеустанавливает триггер 19, который на шину реверса 25 реверсивного счетчика 11 выдает сигналсложения. Сигнал, поступающий с выхода блока 20 управления, включает коммутатор 3. При этом к потенциальным электродам датчика Холла 1 через замкнувшиеся кон- ЗО такты А, Б первого управляемого выключателя коммутатора 3 подключается вторая первичная обмотка трансформатора 5,В первый такт измерения через коммутатор 3 выходной сигнал датчика Холла 1 35 поступает через трансформатор 5 на синхронный детектор 7. Выходной сигнал синхронного детектора 7 кодируется преобразователем 8 код-код, который имеет три выхода: импульсный, кодовый и по лярности. Счетные импульсы с импульсноговыхода преобразователя 8, пропорциональные сигналу с потенциальных электродов датчика Холла 1, поступают через элемент ЙЛИ 10 на реверсивный счетчик 11, считаю щий в прямом направлении. В реверсивномсчвтчик 1 е 11 после первого такге будет код й 1, Й 1, например, при отрицательном направлении магнитной индукции - В относительнорасположения датчика Холла и код 50 Й 1, й 1 при положительном направлении магнитной индукции + Вй 1 - ЬЯлВ + ЬОЭ пРи 1 хОн, - В; й 1 =ИЗ,8+М 10 нэпРИ 1 хОн-В: 1 =И 1 яВ - 1 цОн при 1 хОнэ+ В;55 Й 1 = 10 нэ - К 1 ЯпЬ прихОнэ+ В,где 3 - чувствительность к индукции датчика Холла;1 л - ток питания датчика Холла;к 1 - коэффициент преобразования датчика Холла;сти 30 Онэ- напряжение неэквипотенциальноВо второй такт измерения сигнал, поступающий с выхода блока 20 управления, отключает коммутатор 3. В этом случае контакты А и Б первого управляющего выключателя коммутатора 3 размыкаются, а контакты С и 0 второго управляющего выключателя коммутатора 3 замыкаются, При этом на вход синхронного детектора 7 с трансформатора 5 поступает часть сигнала с токовых электродов датчика Холла 1. С токовых электродов датчик Холла 1 сигнал поступает на первую первичную обмотку трансформатора 5 через последовательное соединение трансформатора 4 и резистора 6 со средней точкой.Сигнал синхронного детектора 7 преобразует в код преобразователя 8 код - кодйг Ю 1 =Рг 9где гп - сопротивление датчика Холла;01 - напряжение на токовых электродах датчика Холла;К - коэффициент преобразования последовательного соединения трансформатора 4, резистора 6 со средней точкой и трансформатора 5. Затем по сигналу, поступающему с выхода блока 20 управления, на первый вход блока 9 деления поступает код йз с блока 14 констант, Код йз, хранящийся в блоке 14 констант, численно равен коэффициенту компенсации Ь:01 пГа пГпЮйз = Ис = = = = -П-ц.о.,На второй вход блока 9 деления поступает код йг по сигналу с выхода блока 20 управления, После деления кода йг на код йз в блоке 9 деления по сигналу, поступающему с выхода блока 20 управления, устанавливается код й 4:й 4 10 нэ.йг Мпгйз пяОнэРезультат деления й 4 с импульсного выхода блока 9 деления в виде последовательности через элемент ИЛИ 10 поступает на реверсивный счетчик 11. Работа реверсивного счетчика 11 во второй такт измерения зависит от направления магнитной индукции В относительно расположения датчика Холла 1, При отрицательном направлении магнитной индукции - В реверсивный счетчик 11 работает на вычитание, при положительном направлении магнитной индукции реверсивный счетчик 11 работает на сложение. Направление магниткой индукции В определяется в первый такт измерения. 5 10 15 20 25 35 40 45 50 55 При отрицательном направлении магнитной индукции - В сигнал усилителя-ограничителя 15, подключенного к синхронному детектору 7, является разрешающим (логическая "1") для схемы И 16. При поступлении управляющего сигнала с выхода блока 20 управления схема И 16 срабатывает и выдает сигнал на единичный триггер 17, который переходит в единичное состояние и выдает разрешающий потенциал на схему И 18, Во втором такте измерения при поступлении управляющего сигнала с выхода блока 20 управления срабатывает схема И 18 и выдает управляющий сигнал на единичный вход триггера 19, который переходит в единичное состояние. При таком состоянии триггера 19 реверсивный счетчик работает на вычитание.При положительном направлении магнитной индукции + В состояние триггеров 17, 19 не изменяется, поэтому во втором такте измерения режим работы реверсивного счетчика 11 не изменяется, т. е, во втором такте реверсивный счетчик 11 работает на сложение. Таким образом, в реверсивном счетчи/ ике 11 установится код й 5, й 5 при - В и код И /уй 5 , й 5 при положительном направлении магнитной индукции + В;=К 1 Зпв;е О +В.При этом необходимо отметить, что работа схемы при + ВехОнэ, когда в реверсивном счетчике 11 находится код й 5имеет свои особенности. При выполнениивычитания реверсивный счетчик 11 на вычитание работает до тех пор, пока в нем неустановится код, равный нулю, В этот момент срабатывает многовходовая схема И21, выходной сигнал которой устанавливаетв единичное состояние триггер 22, Выходной сигнал триггера 22 поступает на второйнулевой вход триггера 19, который запрещает прохождение сигнала Синхронного детектора 7 через схему И 18. Триггер 19устанавливается в нулевое состояние и выдает на шину реверса реверсивного счетчика 11 сигнал вычитания.й = й 1 - й 4= К 10 нэ- К 1 ЯпВ - К 10 нэУ 1 УСледовательно, временная и температурная нестабильность параметров датчикаХолла не приводит к появлению аддитивнойпогрешности, поскольку напряжение неэк. випотенциальности не влияет на ЭДС Холла, так как вторая и третья составляющиепоследнего уравнения изменяются на однуи ту же величину и взаимно компенсируются. Мь - М 1 (с) - МФ) "/ИпВ+ К 10 нэ(с)- К 10 нф)= 113 пВ при ехОнэ - В;М 5 (с) = М 4 (т) М 4(т) = / КЮпВ + К 10 нэ(т)- К 10 нфЯ" КзВпВ при ехОнэ, + В,Направление магнитной индукции однозначно зависит от полярности выходногосигнала датчика Холла для таких случаев: 1)- В ехОнэ, 2) - В,ЕхОнэ, 3) + В,ехОнэ,При + В иехОнэ направление магнитнойиндукции не соответствует полярности выходного сигнала датчика Холла.Направление магнитной индукции В относительно датчика Холла определяетсяследующим образом.1. - В,ехОнэ. В первый такт измерениясигнал, поступающий на выход полярностипреобразователя 8 код-код соответствуетотрицательному направлению магнитнойиндукции и проходит через схему И 23 наединичный вход триггера 24, Триггер 24 устанавливается в единичное состояние, соответствующее отрицательному направлениюмагнитной индукции - В. Направление магнитной индукции считается с триггером 24индикатором 25 полярности.2. + В,ехОнэ. В первый такт измерениясигнал, поступающий с выхода полярностипреобразователя 8 код-код. является запрещающим для схемы И 23, поэтому он неизменяет состояние триггера 24, т. е. триггер 24 остается в нулевом состоянии, чтосоответствует положительному направлению магнитной индукции+ В,3. - В.ехОнэ. В первый такт измерениясигнал с выхода полярности преобразователя 8 код-код является разрешающим длясхемы И 23, поэтому он проходит через схему И 23 и изменяет состояние триггера 24,что соответствует отрицательному направлению магнитной индукции - В.4 + В,ехОнэ. В первый такт измерениясигнал, поступающий с выхода полярностипреобразователя 8 код-код, является разрешающим для схемы И 23, поэтому он проходит через схему И 23 и изменяет состояниетриггера 24. Затем при коде, равном нулю вреверсивном счетчике 11, работающем навычитание, срабатывает многовходоваясхема И 21, Выходной сигнал многовходо вой схемы И 21 устанавливает в единичное состояние триггер 22. Разрешающий потенциал триггера 2 устанавливает в нулевое состояние триггер 24, что соответствует положительному направлению магнитной индукции+ В, При этом триггер 22 запрещает прохождение сигнала через схему И 23 на единичный вход триггера 24. 10 Формула изобретения Цифровой измеритель магнитной индукции, содержащий стабилизатор тока, датчик Холла, первый и второй токовые 15 электроды которого соединены с выходомстабилизатора тока, коммутатор, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым токовым и потенциальным выходами датчика Холла, 20 преобразователь код - код и блок деления,соединенные последовательно, реверсивный счетчик, цифровой индикатор, блок констант, выход которого соединен с входом блока деления, блок управления, с первого 25 по пятый выходы которого соединены с управляющими входами соответственно коммутатора, преобразователя код - код, блока деления, блока констант и реверсивного счетчика, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с 30 целью расширения области использованияза счет обеспечения определения направления магнитной индукции и повышения точности, коммутатор выполнен в виде первого и второго управляемых включателей, при чем первый - четвертый входы его соединены соответственно С первым и вторыми клеммами соответственно первого и второго выключателей, введены трансформатор, вход первичной обмотки которого соединен 40 с вторым токовым электродом датчика Холла, а выход - с четвертым выходом коммутатора и общей шиной, вход и выход вторичной обмотки соединен соответственно через переменный резистор или непос редственно с общей шиной, трансформаторс дополнительной первичной обмоткой, вход и выход которой соединен соответственно с вторым потенциальным электродом датчика Холла и третьим входом коммутато 50 ра, входи выход йервичной обмотки которого соединены соответственно с выходом переменного резистора и общей шиной, синхронный детектор, вход которого через вторичную обмотку трансформато ра с дополнительной первичной обмоткой соединен с общей шиной, а выход - с сигнальным входом преобразователя код- код, элемент ИЛИ, вход которого соединен с выходом блока деления, а выход - со счетным входом реверсивногосчетчика, дешифратор, многовходовая схема И, сигнальные входы которых соединены с входом дешифратора, усилитель-ограничитель, вход которого соединен с сигнальным входом преобразователя код - код, 5 выход которого соединен последовательно с введенными первой схемой И. единичным входом первого триггера, второй схемой И, единичным входом второго триггера, выход которого соединен с входом реверсивного 10 счетчика, выход многовходовой схемы И соединен последовательно с единичным входом введенных третьего триггера, первым входом третьей схемы И, единичным входом четвертого триггера и индикатором поляр ности, блок управления имеет с шестого по шестнадцатый выводы, которые соединены соответственно с входами деления блока деления, записи блока деления, нулевым реверсивного счетчика, управления первой схемы И, нулевым первого триггера, управ-, ления второй схемы И, первым нулевым второго триггера, управления многовходовой схемы И, первым нулевым третьего триггера, управления третьей схемы И, нулевым четвертого триггера, второй вход второй схемы И соединен с первым выходом третьего триггера, второй выход которого соединен с вторыми нулевыми входами второго и третьего триггеров, выход полярности преобразователя код - код соединен с вторым входом третьей схемы И, выход счетных импульсов с вторым входом элемента ИЛИ, управляющий вход синхронного детектора соединен с управляющим входом стабилизатора тока.1760481 ЗХ Я г 7 М Составительдэктор Н.Суханова Техред М.Моргентал Корректор А,Долинич д, ул.Гагарина, 101 Производственно-издательский комбинат "Патент", г,каэ 3185 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва. Ж, Раушская наб., 4/5