RU169461U1

RU169461U1 - Differential DC meter

Info

Publication number: RU169461U1
Application number: RU2016145546U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Николаевич Филиппов; Николай Моисеевич Пушкин
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники"
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2017-03-21

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике и, в частности к измерению тока с использованием эффекта Холла.Технической проблемой, решение которой обеспечивается при использовании полезной модели, является повышение чувствительности измерителя.Поставленная техническая проблема решается тем, что в дифференциальный измеритель постоянного тока, содержащий первый элемент Холла, дифференциальный усилитель, стабилизированный источник питания и магнитопровод, имеющий зазор, в котором установлен первый элемент Холла, и охватывающий провод с измеряемым током, введены второй однотипный элемент Холла, установленный вместе с первым элементом Холла в зазоре магнитопровода, при этом первый и второй элементы Холла расположены на общей конструктивной подложке с одной ее стороны, их потенциальные выводы подключены к входам дифференциального усилителя, а токовые выводы - к выходу стабилизированного источника питания, причем магниточувствительные входы первого и второго элементов Холла установлены на конструктивной подложке противофазно.Техническим результатом от введения и соответствующего расположения второго однотипного элемента Холла на общей конструктивной подложке с первым элементом Холла является увеличение в 2 раза чувствительности измерителя и повышение температурной стабильности измерения. 2 ил.The utility model relates to measuring equipment and, in particular, to measuring current using the Hall effect. A technical problem that can be solved by using the utility model is to increase the sensitivity of the meter. The technical problem is solved in that a differential current meter containing the first element Hall, differential amplifier, stabilized power supply and magnetic circuit having a gap in which the first Hall element is installed, and covering a wire with a measured current, the second Hall element of the same type is introduced, installed together with the first Hall element in the gap of the magnetic circuit, while the first and second Hall elements are located on the common structural substrate on one side, their potential leads are connected to the inputs of the differential amplifier, and the current leads - to the output of the stabilized power source, and the magnetically sensitive inputs of the first and second Hall elements are installed in antiphase on the structural substrate. The technical result from I and the corresponding location of the second Hall element of the same type on a common substrate with the first structural element is a Hall increase 2-fold increase in the meter sensitivity and stability of the temperature measurement. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и, в частности к измерителям тока с использованием эффекта Холла.The utility model relates to measuring technique and, in particular, to current meters using the Hall effect.

Известен измеритель постоянного тока (измеритель тока с элементом Холла фирмы Chen Yang, http://www.cy-sensors.com, http://chenyang-gmbh.com), содержащий элемент Холла, магнитопровод, имеющий зазор, в котором установлен элемент Холла, и охватывающий проводник с измеряемым током, усилитель, подключенный к выходу элемента Холла и стабилизированный источник питания, подключенный к входу элемента Холла и к клеммам питания усилителя.Known DC meter (current meter with a Hall element of Chen Yang, http://www.cy-sensors.com, http://chenyang-gmbh.com) containing a Hall element, a magnetic circuit having a gap in which the element is installed Hall, and covering the conductor with the measured current, an amplifier connected to the output of the Hall element and a stabilized power source connected to the input of the Hall element and to the power terminals of the amplifier.

Недостатком этого измерителя является сравнительно низкая температурная стабильность измерений, которая для элементов Холла CYL3503, CY-P15 фирмы Chen Yang составляет ±0,1%/°С и чувствительность измерителя к внешним магнитным полям, в частности, к магнитному полю Земли, которая особенно заметна при измерении небольших постоянных токов (порядка долей и единиц ампер).The disadvantage of this meter is the relatively low temperature stability of measurements, which for Hall elements CYL3503, CY-P15 by Chen Yang is ± 0.1% / ° C and the sensitivity of the meter to external magnetic fields, in particular, to the Earth’s magnetic field, which is especially noticeable when measuring small constant currents (of the order of fractions and units of amperes).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является измеритель постоянного тока (патент на полезную модель RU 114788, МПК G01R 1/44 (2006.01) от 25.10.11 г.) содержащий магнитопровод, охватывающий проводник с измеряемым током, микросхемы с чувствительными элементами Холла, установленные в зазорах магнитопровода. При этом магниточувствительные входы микросхем с чувствительными элементами Холла установлены в магнитопровод противофазно. Выходы микросхем подключены к инвертирующему и неинвертирующему входам дифференциального усилителя, выход которого подключен к индикатору.The closest in technical essence and the achieved result is a direct current meter (patent for utility model RU 114788, IPC G01R 1/44 (2006.01) dated 10.25.11) containing a magnetic circuit covering a conductor with a measured current, microcircuits with Hall sensitive elements, installed in the gaps of the magnetic circuit. In this case, the magnetically sensitive inputs of microcircuits with sensitive Hall elements are installed in the magnetic circuit out of phase. The outputs of the microcircuits are connected to the inverting and non-inverting inputs of the differential amplifier, the output of which is connected to the indicator.

За счет дифференциального включения однотипных микросхем с элементами Холла данный измеритель имеет более высокую температурную стабильность (порядка ±0,01%/°С) и не чувствителен к магнитному полю Земли и другим внешним паразитным магнитным полям. Однако, за счет увеличения магнитного зазора вдвое, его чувствительность к полезному магнитному полю, создаваемому измеряемым постоянным током, остается равной чувствительности одноканального измерителя.Due to the differential inclusion of the same type of microcircuit with Hall elements, this meter has higher temperature stability (of the order of ± 0.01% / ° C) and is not sensitive to the Earth's magnetic field and other external stray magnetic fields. However, by doubling the magnetic gap, its sensitivity to the useful magnetic field created by the measured direct current remains equal to the sensitivity of a single-channel meter.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается при использовании полезной модели, является повышение чувствительности измерителя.A technical problem that can be solved by using a utility model is to increase the sensitivity of the meter.

Ожидаемый технический результат достигается тем, что в дифференциальный измеритель постоянного тока, содержащий первый элемент Холла, дифференциальный усилитель, стабилизированный источник питания и магнитопровод, имеющий зазор, в котором установлен первый элемент Холла, и охватывающий провод с измеряемым током, введены второй однотипный элемент Холла, установленный вместе с первым элементом Холла в зазоре магнитопровода, при этом, первый и второй элементы Холла расположены на общей конструктивной подложке с одной ее стороны, их потенциальные выводы подключены к входам дифференциального усилителя, а токовые выводы - к выходу стабилизированного источника питания, причем магниточувствительные входы первого и второго элементов Холла, установлены на конструктивной подложке противофазно.The expected technical result is achieved by the fact that in the differential DC meter containing the first Hall element, a differential amplifier, a stabilized power source and a magnetic circuit having a gap in which the first Hall element is installed and covering the wire with the measured current, the second Hall element of the same type is introduced, installed together with the first Hall element in the gap of the magnetic circuit, while the first and second Hall elements are located on a common structural substrate on one side of it, their sweat cially pins are connected to the inputs of the differential amplifier and the current output terminals - to the output of the stabilized power supply, wherein the magnetosensitive inputs the first and second Hall elements are mounted on a structural substrate antiphase.

На фиг. 1 приведена функциональная схема дифференциального измерителя постоянного тока, а на фиг. 2 показана конструкция одного из возможных вариантов исполнения дифференциального элементов Холла.In FIG. 1 is a functional diagram of a differential DC meter, and FIG. 2 shows the design of one of the possible versions of the Hall differential elements.

Измеритель постоянного тока содержит магнитопровод 1, охватывающий проводник с измеряемым током 2, однотипные элементы Холла 3 и 4, установленные в зазоре 5 магнитопровода 1 на общей конструктивной подложке 6. При этом магниточувствительные входы элементов Холла 3 и 4 установлены на конструктивной подложке 6 противофазно. Потенциальные выводы элементов Холла 3 и 4 подключены к соответствующим входам дифференциального усилителя 7, выход которого подключен к индикатору 8. Токовые выводы элементов Холла 3 и 4 подключены к выходу стабилизированного источника питания 9.The direct current meter contains a magnetic circuit 1, covering a conductor with a measured current 2, the same Hall elements 3 and 4, installed in the gap 5 of the magnetic circuit 1 on a common structural substrate 6. In this case, the magnetically sensitive inputs of the Hall elements 3 and 4 are out of phase with the structural substrate 6. The potential outputs of the Hall elements 3 and 4 are connected to the corresponding inputs of the differential amplifier 7, the output of which is connected to the indicator 8. The current outputs of the Hall elements 3 and 4 are connected to the output of the stabilized power source 9.

При отсутствии тока в проводнике 2 на элементы Холла 3 и 4 не воздействует магнитное поле, и на их потенциальных выходах вырабатываются одинаковые исходные напряжения смещения, которые поступают на инвертирующий и неинвертирующий входы дифференциального усилителя 7. Поэтому на выходе дифференциального усилителя 7 вырабатывается разностное напряжение Uвых=Uo3-Uo4=0, которое фиксируется индикатором 8.In the absence of current in conductor 2, Hall elements 3 and 4 are not affected by a magnetic field, and the same initial bias voltages are generated at their potential outputs, which are applied to the inverting and non-inverting inputs of differential amplifier 7. Therefore, the differential voltage Uout = Uo3-Uo4 = 0, which is fixed by indicator 8.

При протекании постоянного тока по проводнику 2 вокруг него создается постоянное магнитное поле, которое концентрируется магнитопроводом 2 в зазоре 5, а следовательно, оно воздействует и на дифференциально включенные элементы Холла 3 и 4. На потенциальных выводах элементов Холла 3 и 4 вырабатываются приращения сигналов ΔU3 и ΔU4, прямо пропорциональные величине магнитного поля и измеряемому току в проводнике 2, но противоположные по направлению. Поэтому на выходе дифференциального усилителя 7 они складываются между собой ΔU3+ΔU4, в то время как постоянные напряжения смещения Uo3, Uo4 вычитаются. В результате, на выходе дифференциального усилителя 7 вырабатывается разностное напряжение ΔUвых = Uo3 - Uo4 + ΔU3 + ΔU4 = ΔU3 + ΔU4 = 2 ΔU3 = 2 ΔU4, которое прямо пропорционально величине тока, протекающего в проводнике 2, и индицируется на индикаторе 8.When direct current flows through the conductor 2, a constant magnetic field is created around it, which is concentrated by the magnetic circuit 2 in the gap 5, and therefore, it acts on the differentially included Hall elements 3 and 4. At potential outputs of the Hall elements 3 and 4, signal increments ΔU3 and ΔU4, directly proportional to the magnitude of the magnetic field and the measured current in the conductor 2, but opposite in direction. Therefore, at the output of the differential amplifier 7, they are added together ΔU3 + ΔU4, while the constant bias voltage Uo3, Uo4 are subtracted. As a result, the differential voltage ΔUout = Uo3 - Uo4 + ΔU3 + ΔU4 = ΔU3 + ΔU4 = 2 ΔU3 = 2 ΔU4, which is directly proportional to the amount of current flowing in conductor 2, is displayed on the output of differential amplifier 7 and is indicated on indicator 8.

Когда на измеритель тока воздействует внешнее магнитное поле (например, магнитного поля Земли), то оно заставляет вырабатывать дифференциально включенные элементы Холла 3 и 4 одинаковые приращения сигналов ΔU3пом. и ΔU4пом. по величине и направлению, поэтому на выходе дифференциального усилителя 7, они компенсируются.When an external magnetic field (for example, the Earth’s magnetic field) acts on the current meter, it forces the differential elements of Hall 3 and 4 to generate the same signal increments ΔU3пом. and ΔU4 in magnitude and direction, therefore, at the output of the differential amplifier 7, they are compensated.

Соединение токовых и потенциальных выводов элементов Холла 3 и 4 по схеме, показанной на фиг. 2, позволяет получить дифференциальный датчик Холла, который можно изготовить в виде отдельной микросхемы.The connection of the current and potential terminals of the Hall elements 3 and 4 according to the circuit shown in FIG. 2, allows you to get a differential Hall sensor, which can be made in the form of a separate chip.

Установление второго однотипного элемента Холла на конструктивной подложке с одной ее стороны с первым элементом Холла позволяет изготовлять оба элемента Холла в едином технологическом процессе, то есть получить дифференциальный датчик Холла, что, в свою очередь, позволяет увеличить температурную стабильность измерений.The installation of the second Hall element of the same type on a structural substrate on one side of it with the first Hall element makes it possible to manufacture both Hall elements in a single technological process, that is, to obtain a differential Hall sensor, which, in turn, allows to increase the temperature stability of measurements.

Введение и расположение второго однотипного элемента Холла, установленного на общей конструктивной подложке с первым элементом Холла с одной ее стороны и соответствующее соединение их в схеме позволяет уменьшить в 2 раза величину воздушного зазора в магнитопроводе и тем самым увеличить вдвое чувствительность измерителя.The introduction and location of the second Hall element of the same type, mounted on a common structural substrate with the first Hall element on one side and their corresponding connection in the circuit, allows reducing the air gap in the magnetic core by 2 times and thereby double the sensitivity of the meter.

Литература.Literature.

1. Измеритель тока с элементом Холла CYL3503 фирмы Chen Yang, http://www.cy-sensors.com, http://chenyang-gmbh.com.1. Current meter with a Hall element CYL3503 from Chen Yang, http://www.cy-sensors.com, http://chenyang-gmbh.com.

2. Патент на полезную модель №114788 по кл. G01R 1/44 от 25.10.11 г.2. Patent for utility model No. 114,788 by class. G01R 1/44 of 10.25.11

Claims

A differential direct current meter comprising a first Hall element, a differential amplifier, a stabilized power source and a magnetic circuit having a gap in which the first Hall element is installed and covering a wire with a measured current, characterized in that a second Hall element of the same type is inserted into it, installed together with the first Hall element in the gap of the magnetic circuit, while the first and second Hall elements are located on a common structural substrate on one side, their potential leads are connected to the inputs of the differential amplifier, and the current leads to the output of the stabilized power source, and the magnetically sensitive inputs of the first and second Hall elements are out of phase on the structural substrate.