Цифровой измеритель магнитной индукции

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ СПУБЛИс 01 К 33/0 ТЕНИЯ нстиССР 72,(54).ЦИФРОВОЙ ИЗМ ИНДУКЦИИ(57) Изобретениеным измерениям и ТНОЙ ИТЕЛЬ М магнитспользо-носится жет быть ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ,.8017323 2вано для прецизионного измерения пос тоянной магнитной индукции, Устройство содержит датчик Холла 1, стабилизатор 2, индукционную катушку 3, источник 4 питания, преобразователь 5 напряжение - код, группы элементов 2-2-2 ИИЛИ 8 и 9, реверсивный счетчик 6, триггер 7 реверса, дели- тельный блок 10, регистр 11, инверторы 18 и 19, элементы И 14-17, цифровое отсчетное устройство 12, дешиФ раторы 13 и 28, генератор 20 импульсов, элемент И 21, счетчик 22, элементы ИЛИ 23 и 25, триггер 24, выклю чатели 26 и 27, 2 ил.3 1732Изобретение относится к магнитным -.измерениям и может быть использованодля прецизионного измерения в широком динамическом диапазоне индукциипостоянных магнитных полей,Цель изобретения - повышение точности измерения индукции постоянныхмагнитных полей.На фиг.1 приведена блок-схемапредлагаемого цифрового измерителямагнитной индукции; на фиг.2 - временные диаграммы сигналов управления.Цифровой измеритель магнитной индукции (фиг,1) состоит из датчикаХолла 1, стабилизатора 2 тока, индукционной (дополнительной) катушки3, источника 4 питания, преобразователя 5 напряжение - код, реверсивного счетчика 6, триггера 7 реверса, группы элементов 2-2-2 ИИЛИ 8и 9, делительного блока 10, регистра 11, цифрового отсцетного устройства 12, двоицно-десятичного дешиф -ратора 13, элементов И 14-17 и инверторов 18 и 19, генератора 20 импульсов, элемента И 21, сцетчика 22,элемента ИЛИ 23, триггера 24, эле"мента ИЛИ 25, выклюцателей 26 и 27и дешифратора 28,Токовые электроды датчика Холла с1 соединены со стабилизатором 2 тока,Потенциальные электроды датчика Хол-,ла 1 соединены с сигнальным вхрдомпреобразователя 5 напряжение - код,Обмотка индукционной (дополнительно)катушки 3 соединена с источником 4питания,Выход кодовый преобразователя 5напряжение - код соединен с первымвходом группы элемента 2-2-2 ИИЛИ 8,Выход сцетнь 1 х импульсов преобразователя 5 напряжение - код соединен сосчетным входом реверсивного счетчика6, Выход полярности преобразователя5 напряжение - код соединен с первымивходами элементов И 15 и 16 и входами инверторов 19 и 20,Вход реверса реверсивного счетчика6 соединен с выходом триггера реверса 7. Первый единичный вход триггераф реверса 7 соединен с выходом элемента И 16, второй единичный вход триггера реверса 7 соединен с выходомэлемента И 15 Первый нулевой входтриггера реверса 7 через элементыИ. 17 соединен с выходом инвертора 19Второй нулевой вход триггера реверса 7 через элемент И 16 соединен с 305 4выходом инвертора 18, Выход реверсивного счетчика 6 соединен с вторым .-.входом группы элементов 2-2-2 ИИЛИ58, с первым и вторым входами группыэлементов 2-2-2 ИИЛИ 9,Третий вход группы элементов2-2-2 ИИЛИ 8 соединен с первым выходом регистра 11, Выход группы эле 16 ментов 2-2"2 ИИЛИ 8 соединен с первым входом делительного блока 10,второй вход которого соединен с выходом группы элементов 2-2-2 ИИЛИ 9,Третий вход группы элементов 2-2-2 И 3 ИЛИ 9 соединен с выходом делительного блока 10, входом регистра 11и входом двоично-десятичного дешифратора 13, Выход двоично-десятичного дешифратора 13 соединен с входомрр цифрового отсчетного устройства 12,Первый выход блока 14 управления. соединен с управляющим входом источника 4. питания. Второй выход блока14 управления соединен с управляющим25 входом двоично-десятичного дешифратора 13, Третий выход блока 14 управления соединен с запускающим вхо"дом преобразователя 5 напряжениекод, Четвертый выход блока управле"ния соединен с первым управляющимвходом группы элементов 2-2-2 ИИЛИ8. Пятый выход блока управления соединен с вторым управляющим входомгруппы элементов 2-2-2 И.-ЗИЛИ 8, Шестой выход блока управления соединенЗ 5 с третьим управляющим входом группыэлементов 2-2-2 ИИЛИ 8, Седьмойвыход блока управления соединен суправляющим входом регистра 11. Восьмой выход блока управления соединенЮ с нулевым (установочным) входом регистра, Девятый выход блока управле-",ния соединен с нулевым (установочным)входом делительного блока 10, Десятыйвыход блока управления соединен сщ 5 входом деления делительного блока 10,Одиннадцатый выход блока управлениясоединен и с управляющими входамиэлемента И 16 и 17. Двенадцатый выход блока управления соединен с упщ равляющими входами элементов И 15 и18, Тринадцатый выход блока управления соединен со счетным входом тригСгера 7 реверса. Четырнадцатый выходблока управления соединен с первыч55 упРавляющим входом группы элементов2-2-2 ИИЛИ 9, Пятнадцатый выходблока управления соединен с вторымуправляющим входом группы элементов5 173блока управления соединен с третьим -управляющим входом группы элементов2-2-2 ИИЛИ 9. Семнадцатый выходблока управления соединен с нулевым(установочным) входом реверсивногосчетчика 6,Выходы дешифратора 28 с первогопо семнадцатый соответственно соеди нены с выходами блока управления спервого по семнадцатый, Восемнарцатый выход дешифратора 28 соединенс первым входом элемента ИЛИ 23, вто-.рой вход которого соединен с девятнадцатым выходом дешифратора 28,Выход генератора 20 импульсов соединен с первым входом элемента И 21.Второй вход элемента И 21 соединенс выходом триггера 2 Й, Выход элемента И 21 соединен со счетным входомсчетчика 22. Нулевой вход счетчика22 соединен с первым входом элемента ИЛИ 25 и первым входом выключателя 26, Выход счетчика 22 соединен с выходом дешифратора 28.Выход элемента ИЛИ 23 соединенсо счетным входом триггера 21, нулевой вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 25, Второй входэлемента ИЛИ 25 соединен с первымвходом. выключателя 27, входы выключателей 26 и 27 соединены с общейточкой (корпусом) прибора.Работа цифрового измерителя магнитной индукции происходит в несколько .тактов коммутации, При нажатии кнопки выключателя 27 устройство устанавливается в исходное состояние. При этом счетчик 22 обнуляется, а триггера 2 ч выдает разрешающий потенциал на элемент И 21, Через элемент И 21 на вход счетчика 22начинают поступать сигналы с генератора 20 импульсов, Дешифратор 28 анализирует состояние счетчика 22 и выдает управляющие сигналы на все блоки устройства,Сигнал, поступающий с выхода блока управления, устанавливает в нулевое состояние реверсивный счетчик 6,выхода блока управления выдаетсясигнал, подготавливающий к работе делительный блок 10, Сигнал, поступаю"щий с выхода блока управления, устанавливает в нулевое состояние регистр 11,В первом такте датчик Холла 1 находится в зазоре магнитопровода не;которое время, достаточное для того,чтобы во всем объеме измерительного30 35 40 50 другом, отрицательном направлении магнитной индукции, сигнал будет отрицательной полярности, В первом случае при поступлении управляющего сигнала с выхода блока управления срабатывает элемент И 16 и устанав" ливает триггер реверса 7 в единичное состояние, На вход реверса ревер" сивного счетчика 6 выдается такой сигнал, что он работает на сложение,Аналоговый сигнал датчика Холла 1 преобразуется в число импульсов, которые поступают с преобразователя на счетный вход реверсивного счетчика6, считывающего в прямом направленииИ = КБ 1 (В+Вр,),где И - число импульсов;8 - чувствительность к индукциидатчика Холла,К - коэффициент преобразованияпреобразователя напряжениекод,1 - ток питания датчика Холла;В " измерительная магнитная индукция,Вм - дополнительная магнитнаяиндукция.Во втором такте коммутации на датчик Холладействует только измеряемое магнитное поле с индукцией 2305 6зонда с датчиком Холла 1 установилась температура исследуемого объекта, т.е, зазоре магнитопровода, Вэто время на датчик Холла 1 действуют два постоянных магнитных поля:измеряемое с индукцией В и дополнительное поле с индукцией Вм создаваемое индукционной катушкой 3,намотанной на датчик Холла 1, по которой протекает ток от источника 4питания, Выходной сигнал датчика Холла 1, пропорциональный алгебраичес.- кой сумме магнитных индукций (+ВВм), поступает на преобразователь 5напряжение - код. Аналого-цифровоепреобразование в преобразователе 5происходит по сигналам, поступающимна вход преобразователя 5 с выхода2 О блока управления,выхода полярности преобразователя 5 напряжение .- код на входы элементов И 15 и 16 и входы инверторов19 и 20 поступает сигнал, соответст 25 вующий направлению магнитной индукции, т.е, при положительном направ -лении магнитной индукции сигнал будет положительной полярности, а при., 173 В, поскольку сигнал, поступающий с ,выхода блока 14 управления, отключает источник 4 питания, При этом че,рез индукционную катушку 3 не протекает ток, который возбуждает дополнительное магнитное поле с индукцией В . Выходной сигнал датчика Холла 1, пропорциональный магнитной индукции ,В, поступает на преобразователь 5, откуда в виде последовательности импульсов поступает на реверсивный счетчик 6, считающий в обратном направлении, Направление счета . в реверсивном счетчике б во второй такт коммутации изменяется по сигналу, по ступающему с выхода блока 14 управления на счетный вход триггера 7 реверса, В этом случае триггер 7 реверса переходит в нулевое состояние и выдает на вход реверса реверсивного счетчика 6 такой сигнал, при котором он работает на вычитание.В реверсивном счетчике 6 устанавливается кодЯ = М-КЯ 1 дВ = КЯ 1(В+Вм)-КЯ 1 В= =КЯ 1 Вм.Одновременно в выходном регистре преобразователя 5 устанавливается код М, соответствующий магнитной индукции В При отрицательном направлении маг" нитной индукции В выходной сигнал с выхода полярности преобразователя 5 напряжение - код будет отрицательной полярности, Этот сигнал инвертируемый инвертором 19 в сигнал положительной полярности, поступает, на элемент И 17, При поступлении управляющего сигнала с выхода блока управления срабатывает элемент И 17 и устанавливает триггер 7 реверса в нулевое состояние, На вход реверса реверсивного счетчика б выдается такой сигнал, что он работает на вычитание,Аналоговый сигнал датчика Холла 1 преобразуется в чигло импульсов в преобразователе 5, которые поступают на счетный вход реверсивного счетчика 6, считающего в обратном направленииЦ, - -КЯ п(В-Ва)т,е, в реверсивном счетчике 6 будет1 2305 8находиться дополнительный.код, поскольку реверсивный счетчик 6 начинает считать от нуля,5Во втором такте коммутации надатчик Холла 1 действует только изменяемое магнитное поле с индукциейВ. Выходной сигнал датчика Холла 1,пропорциональный магнитной индукции1 В, поступает на преобразователь 5,откуда в виде последовательностиимпульсов поступает на реверсивныйсчетчик 6, считающий в прямом направлении, Направление счета в реверсивном счетчике 6 во второй такт коммутации изменяется по сигналу, поступающему с выхода блока 14 управления на счетный вход триггера 7 реверса, В этом случае триггер реверса 720 переходит в единичное состояние ивыдает на вход реверса реверсивного. счетчика б такой сигнал, при которомон будет работать на сложение,В реверсивном счетчике 6 устанав 25 ливается кодИа = И+КЯ 1 яВ = -КЯ 11 В-В )+=КЯ 1 РмОдновременно в выходном регистрепреобразователя 5 устанавливается код Н, соответствующий магнитной индукции ВВ = КЯ 1 В.На пер вый вхор дели тел ь ного блока10 через группу элементов 2-2-2 И 3 ИЛИ 8 поступает код М с выходногорегистра преобразователя 5 напряже-.ние - код, Разрешение на прохождение - кода И через группу элементов 2-2-2 ИИЛИ 8 выдает сигнал, поступающий с выхода блока управления, Посигналу, поступающему с выхода блокауправления, срабатывает группа элеф ментов 2-2-2 ИИЛИ 9 и код с реверсивного счетчика 6 поступает на вто"рой вход делительного блока 10,По сигналу, поступающему с выхода блока управления, в блоке 10 проф изводится деление кода Ина код М.Результат деления, равный ф13 КЯ 1 вВ В:йКЯ 1 В поступает на регистр 11, Разрешение на поступление кода В в регистр выдает сигнал, поступающий с выхора блока управления,9 17323Затем по сигналу, поступающему свыхода блока управления, срабатываетгруппа элементов 2-2-2 ИИЛИ 9 и код1 с выхода реверсивного счетчика 6поступает на второй вход делительного блока 1 О,Во втором такте коммутации, когдапоявляется сигнал на выходе дешифратора 28, срабатывает элемент ИЛИ23 и выдает сигнал на счетный входтриггера 21, триггер 2 ч переходит вединичное состояние и выдает запрещающий потенциал на элемент И. 21,В результате на счетный вход счетчика 22 перестают поступать импульсыс генератора 20 импульсов, Затемдатчик Холла 1 удаляется из зазорамагнитопровода с магнитной проницаемостью р ) р и помещается в среду с 29магнитной проницаемостью р (воздух),При этом магнитопровод не оказывает практического влияния на индукциюдополнительного магнитного поля, создаваемого индукционной катушкой 3, 25Так как за время перемещения датчикаХолла из зазора магнитопровода с магнитной проницаемостью в среду с проницаемостью О температура измерительного зонда, в котором находитсядатчик Холла 1, практически не изменяется, то чувствительность датчика Холла 1 не изменяется, т,е, остается равна Б.Затем нажимается выключатель 27 иначинается третий такт коммутации, 35При этом триггер 2 ч устанавливаетсяв нулевое состояние и разрешает прохождение сигналов с генератора 20 импульсов через элемент И 21 на счетчик 22, 40В трет.ьем такте коммутации надатчик Холла 1 действуют два постоянных магнитных поля: внешнее маг"нитное поле с индукцией Ве и дополнительное магнитное поле с индукциейВ мо, создаваемое индукционной катушкой 3.Выходной сигнал датчика Холла 1,пропорциональный сумме величин .(+В -Вмо)поступает на преобразова- фотель 5 напряжение - код, Аналогоцифровое преобразование в преобразователе 5 происходит по сигналам, поступающим на вход преобразователя свыхода блока управления. 55С выхода полярности преобразователя 5 напряжение - код на входы элементов И 15 и 16 и входы инверторов 05 1018 и 9 поступает сигнал, соответствующий направлению магнитной индукции В, т,е. при положительном направлении внешней магнитной индукции сигнал будет положительной полярности, а при другом, отрицательном направлении магнитной индукции,сигнал будет отрицательной полярности, В первом случае при поступленииуправляющего сигнала с выхода блока1 ч управления срабатывает элемент И15 и устанавливает триггер 7 реверсав единичное состояние, На вход реверса реверсивного счетчика 6 выдается такой сигнал, что он работаетна сложение,Аналоговый сигнал датчика Холлапреобразуется в число импульсов,которые поступают с преобразователя5 на счетный. вход реверсивного счетчика 6,считающего в прямом направленииБ(Ве Вм,).В четвертый такт коммутации на датчик Холладействует только внешнее магнитное поле Ве, поскольку сигнал, поступающий с выхода блока 14, отключает, источникпйтания. При этом через индукционную катушку 3 не протекает ток, который возбуждает дополнительное магнитное поле с индукцией Вм. Выходной сигнал датчика Холла 1, пропорциональный магнитной индукции Вв, поступает на преобразователь 5, откуда в виде последовательности импульсов поступает на реверсивныи счетчик 6, считывающий в обратном направлении, Направление счета в реверсивном счетчике 6 в четвертом такте коммутации изменяется по сигналу, поступающему с вы" хода блока управления на счетный вход триггера 7 реверса. В этом случае триггер 7 реверса переходит в нулевое состояние и выдает на вход реверса реверсивного счетчика 6 такой сигнал, при котором он будет работать на вычитание,В реверсивном счетчике 6 устанав" ливается код И 6и = и- кя 1 В= к 81(В 8+ВВфВ 1 ВмПри отрицательном направлении внешнего поля с магнитной индукцией В выходной сигнал с выхода поляр- Ьности преобразователя 5 будет отри11173цательной полярности, Этот сигнал,инвертируемый инвертором 19 в сигналположительной полярности, поступаетна элемент И 17При поступлении уп-1 авляющего сигнала с выхода блокауправления срабатывает элемент И 17и устанавливает триггер 7 реверса внулевое состояние, На вход реверсареверсивного счетчика 6 выдается такой сигнал, что он работает на вычитание.Аналоговый сигнал датчик Холла 1преобразуется в число импульсов.преобразователем 5 которые поступаютна счетный вход реверсивного счетчика 6, считающего в обратном направлении1т,е, в реверсивном счетчике 6 будетнаходиться дополнительный код, поскольку реверсивный счетчик 6 нацинает считать от нуля,В четвертом такте коммутации надатчик Холла 1 действует только внешнее магнитное поле с индукцией В.Выходной сигнал датчика Холла 1,пропорциональный магнитной индукцииВ , поступает на преобразователь 5откуда в виде последовательности импульсов поступает на реверсивныйсчетчик б считающий в прямом направлении Направление счета в реверсивном счетчике 6 в четвертыйтакт коммутации изменяется по сигналу, поступающему с выхода блокауправления на счетный вход триггера7 реверса, В этом случае триггер 7реверса переходит в единичное состояние и выдает на вход реверса ре"версивного счетчика 6 такой сигнал,при котором он будет работать на сложение,В реверсивном счетчике 6 устанавливается код 230 12деление кода М 6 на код М. Результат деления, равный Иб КБ 1 явмо В амо В а К аКБтв в поступает через группу элементов2-2-2 ИИЛИ 9 на второй вход делительного блока 10, Разрешение напрохождение кода И 7 выдает сигналпоступающий с выхода блока управления,На первый вход делительного блока 10 поступает код М с регистра1511 через группу элементов 2-2-2 И 3 ИЛИ 8, Разрешение на прохождениекода Б, выдает сигнал, поступающий свыхода блока управления,По сигналу, поступающему с выхо 2 О да блока управления, в блоке 1 О производится деление кода 17 на код У.Результат деления, равныйНт ВК Вам КИ =К - =К= КВмопропорционален измеряемой магнитнойиндукции и не зависит от материаламагнитопровода с магнитной проницаемостью Ат О,и взаимные направления векторов магнитных индукцийВ и ВмоПо сигналу, поступающему с выходаблока управления результат измере 35 ния БВ считается цифровым отсчетнымустройством 12,В четвертом такте коммутации,когда появляется сигнал на выходедешифратора 28 срабатывает элементИЛИ 23 и выдает сигнал на счетныйвход триггера, Триггер 2 переходитв единичное состояние и выдает запрещающий потенциал на элемент И 21,В результате на .вход счетчика 224 перестают поступать счетные импульсы с генератора 20 импульсов, И = И + КиВ = -Кзт (В-Вм )+ +КВв В КВ В 9 + КВТ.Во КВТВь - КВВаемоНа первый вход делительного блока 10 через элементы схем 2-2-2 ИИЛИ 8 поступает код Иб с реверсивного счетчика 6, Разрешение на прохождение кода 6 через группу элементов 2-2- 2 ИИЛИ 8 выдает сигнал, поступающий с выхода блока управления. По сигналу, поступающему с выхода блока управления, в блоке 10 производится формула изобретения50 Цифровой измеритель магнитной индукции, содержащий датчик Холла, стабилизатор тока, индукционную катушку,намотанную на датчик Холла, источникпитания, преобразователь напряжение у код, реверсивный счетчик, делительный блок и последовательно соединенные двоично-десятичный дешифратор ицифровое отсчетное устройство, при. этом сигнальный вход преобразователя17323 напряжение - код соединен с выходом датчика Холла, вход которого соединен с выходом стабилизатора тока, вы ход счетных импульсов преобразователя напряжение - код соединен со счетным входом реверсивного счетчика, обмотка индукционной катушки соединена с источником питания, о т л и10 ц а ю щ и й с я тем, цто, с целью повышения точности измерения, в него введены две группы элементов 2-2-2 ИЗИЛИ, регистр, триггер реверса, четыре элемента И, два инвертора и блок управления состоящий из гене 15 ратора импульсов, элемент И, счетчика, двух элементов ИЛИ, триггера, дешифратора и двух выключателей, при этом выходы блока управления с первого по семнадцатый соответственно соединены с управляющим входом источника питания, с управляющим входом двоицно-десятичного дешифратора, с запускающим входом преобразователя напряжение - код, с первым управляющим входом первой группы элементов 2-2-2 И-З-ИЛИ, с вторым управляющим входом первой группы элементов 2-2- 2 И-ЗИЛИ, с третьим управляющим входом первой группы элементов 2-2-2 ИЗИЛИ, с нулевым установочным) вхо- З 0 дом регистра, с управляющим входом регистра, с нулевым (установочным) входом делительного блока, с входом деления делительного блока, с управляющими входами первого и второго элементов И, с управляющими входами третьего и четвертого элементов И, со счетным входом триггера реверса, с первым управляющим входом второй группы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ, с вто рым управляющим входом второй группы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ, с третьим управляющим входом второй группы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ, с нулевым входом реверсивного счетчика, сиг- Я . нальные входы первого и третьего элементов И, входы инверторов соединены с выходом полярности преобра " зователя напряжение - код, выход первого элемента И соединен с пер 0514вым единичным входом триггера реверса, второй единичный вход кото"рого соединен с выходом третьего И,второй элемент И включен между выходом первого инвертора и первым нулевым входом триггера реверса, второй нулевой вход которого черезчетвертый элемент И соединен с выходом второго инвертора, выход регистра соединен с. первым информационным входом первой гочппы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ, второй информационный вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, первым ивторым информационными входами второй группы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ,третий информационный вход которогосоединен с информационным входомрегистра, с информационным входомдвоично-десятичного дешифратора ивыходом делительного блока, первыйвход которого соединен с выходом второй группы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ,второй вход делительного блока соединен с выходом первой группы элементов 2-2-2 И-ЗИЛИ, третий информа"ционный вход которого соединен с выходом. преобразов 1 теля напряжениекод, выход триггера реверса соеди"нен с входом реверса реверсивногосчетчика, первые входы переключателей соединены с общей точкой, второйвход первого переключателя соединенс первым входом первого элемента ИЛИ,второй вход которого соединен с вто"рым входом второго переключателя инулевым входом счетчика, выход первого элемента ИЛИ соединен с нулевым .входом триггера, счетный вход которого соединен с выходом второгоэлемента ИЛИ, входы которого соответственно соединены с выходами дешифратора, вход дешифратора соединен с выходом счетчика, счетный входкоторого соединен с выходом пятогоэлемента И, первый вход которого соединен с генератором импульсов, второйвход пятого элемента И соединен свыходом триггера,