SU1307412A2 - Измеритель электродвижущей силы Холла - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области электроизмерений и  вл етс  дополнительным к авт.св. № 883817. Цель изобретени  - повьпление точности измерений ЭДС Холла. Измеритель ЭДС Холла содержит датчик 1 Холла с двум  парами противоположных электродов 2,3 и 4,5, трансформаторы 6 и 7, переключатели 8 и 11 тока, источник 9 питани , умножитель 10 частоты, синхронный детектор 12, фильтр 13 нижних частот, регистр 14, амплитудный детектор 15, аналого-цифровой преобразователь 17 и цифровой индикатор 18. В устройство введены переключатель 16, формирователь 19 абсолютного значени , ключи 20 и 21, масштабирующий сумматор 22, индикатор 23 знака и согласующее устройство 24. Введенные элементы и образоi (Л С 1Ч

Description

ванные функциональные св зи позвол  ют линеаризировать зависимость ЭДС Холла от величины и направлени  вектора индукции магнитного пол , воздействующего на датчик Холла. БлаИзобретение относитс  к Э11ектроиз- мерени м, в частности к измерител м истинного значени  электродвижущей силы Холла, и  вл етс  усовершенствованием измерител , описанного в авт.св. № 883817.

Цель изобретени  - повышение точности измерений ЭДС Холла.

На чертеже представлена функциональна  структурна  схема измерител  электродвижущей силы Холла,

Устройство содержит датчик 1 Холла с двум  парами противоположных электродов 2,3 и 4,5 кажда  из которых подключена к вторичным обмоткам понижающих трансформаторов 6 и 7, Первичные обмотки этих трансформаторов через переключатель 8 тока подклю чены к источнику 9 питани , другой выход которого подключен к умножителю 10 частоты. Обе пары противоположных электродов 2,3 и 4,5 датчика Холла подк,пючены к переключателю 1 , выход которого подключен к входу синхронного детектора 12, Управл ющие входы переключател  8 тока, переключател  11 и синхронного детектора 12 подключены к выходу умножител  10 частоты. Выход синхронного детектора 12 подключен к входу фильтра нижних частот, выход которого подключен к входам регистра 14 и амплитудного детектора 1.5. Выход амплитудного детектора 15 и выход синхронного детектора 12 подключены к входам переключател  16, выход которого подключен к измерительному входу аналого-цифрового преобразовател  17, выходной код которого подаетс  на цифровой индикатор 18. Выход синхронного детектора 12 подключен к входу формировател  19 абсолютного значени  , выход которого подключен к объединенным входам ключей 20 и 21, Выходы последних подключены к двум входа

годар  этому повышаетс  точность измерени  в сильных магнитных пол х, а также становитс  возможным определить направление вектора индукции магнитного пол , 1 ил.

5

0

5

0

5

0

5

сумматора 22, на третий вход которого подаетс  опорное напр жение, Выход масштабного сумматора 22 подключен к входу аналого-цифрового преобразовател  17, Выход знакового разр да аналого-цифрового преобразовател  подключен к входам индикатора 23 знака и согласующего устройства 24, выход которого подключен к управл ющим входам ключей 20 и 21.

Устройство работает следующим образом .

Переключатель 1I, управл емьй умножителем 10 частоты, поочередно подключает пары электродов 2,3 и 4,5 датчика 1 Холла к синхронному детектору 12. Переключатель 8 тока поочередно подключает первичные обмотки трансформаторов 6 и 7 к источнику 9 питани , в результате чего датчик 1 Холла запитываетс  поочередно через пары электродов 2,3 и 4,5 током, возникающим во вторичньк обмотках понижающих трансформаторов 6 и 7, При этом в любой момент времени одна из пар противоположных электродов датчика I Холла подключена через переключатель 11 к входу синхронного детектора , а втора  пара через один из понижающих трансформаторов 6 и 7 и переключатель 8 тока - к источнику 9 питани . Коммутаци  пар электродов производитс  таким образом, что согласно свойства взаимности датчика Холла дл  напр жени  неэквипотенци- альности и антивзаимности дл  ЭДС Холла напр жение незквипотенциальнос- ти на выходе синхронного детектора 12 будет измен ть свой знак с частотой коммутации переключателей 8 и 1I. в то врем  как ЭДС Холла измен ть знак не будет, таким образом, среднее за период коммутации переключателей 8 и 11 значение выходного напр жени  синхронного детектора 1 пропор

3

ционально только ЭДС Холла, возникающей в датчике 1 Холла при воздействии на него составл ющей индукции исследуемого магнитного пол . Если полосу пропускани  фильтра I3 нижни частот выбрать таким образом, чтобы в нее не попадала частота коммутаци переключателей 8 и 11, то выходное напр жение фильтра 13 пропорционально только ЭДС Холла, возникающей в датчике Холла при воздействии на не индукции измен ющегос  во времени магнитного пол . Значение этой ЭДС Холла фиксируетс  регистром 14. Есл измерительный вход А1Д1 I7 с помощью переключател  16 подключен к выходу амплитудного детектора 15, то показани  цифрового индикатора соответствуют амплитудному среднему или действующему значению измер емой ЭДС Холла, возникающей в датчике 1 Холла при воздействии на него переменных магнитных полей. Если измерительный вход АЩ через переключател 16 подключен к выходу синхронного детектора 12, то показани  цифровог индикатора 18 соответствуют ЭДС Холла , возникающей в датчике 1 Холла при воздействии на него посто нного магнитного пол . При этом по вл етс  возможность фиксировани  знака измер емой ЭДС Холла, который зависит от направлени  вектора индукции воздействующего магнитного пол , дл этого в используемом АЦП должно быт предусмотрено автоматическое определение пор дности входного сигнала.

Среднее за период коммутации переключателей 8 и I1 значение выходного напр жени  синхронного детектора 12 (IJ, ) пропорционально ЭДС Холла (1),возбуждаемой в датчике индукцией посто нного магнитного пол 

и„

К„ (± 1х),

где К

12

12 - коэффициент передачи синхронного детектора. Это напр жение поступает на вход формировател  19 абсолютного значени , выходное напр жение (U ) которого определ етс  выражением

и.,

к„-|и„

к

19

,

где К

19

5 т.е. показани  цифрового индикатора

18 линейно завис т от величины . - коэффициент передачи форми- Определ ем величину отклонени  этих

показаний (uN) от линейной зависимости ) дл  случа , когда К 1 0.

ровател  абсолютного значени  .

O

5

5

Среднее значение вьгходного напр жени  синхронного детектора 12 поступает на измерительньш вход АЦП, соот- ветствуюп1ее ему значение выходного А1Щ (N) по вл етс  на цифровом индикаторе 18, а знак - на индикаторе 23 знака. Одновременно сигнал с выхода знакового разр да А1Щ поступает на согласующее устройство 24, вырабатывающее сигнал, параметры которого удовлетвор ют требовани м, предъ вл емым к управл ющему сигналу ключей 20 и 21. Управление ключами осуществл етс  таким образом, что в любой момент времени в зависимости от пол рности напр жени  и один из них замкнут, а второй - разомкнут. Например , если и,0, то замкнут ключ 20 и разомкнут ключ 21; при U, 0 ключ 20 разомкнут,а ключ 21 замкнут. Через один из ключей выходное напр жение формировател  19 абсолютного значени  поступает на один из входов масштабного сумматора 22. Далее будем рассматривать работу измерител  при направлении вектора индукции магнит.- ного пол , воздействующего на датчик Холла, соответствующем значени м BX О, а значит и U 0. При этом замкнут ключ 20, а ключ 21 разомкнут, т.е. выходное направление масштабного сумматора 22 (U) определ етс  выражением

0

0

Uo +

К.о-и,9

UoК .,-г

X

где и, - опорное напр жение;

К - масштабньм коэффициент сумматора 22 по входу, к которому подключен ключ 20. Значение выходного кода АЦП определ етс  выражением

N А

Hi2 игГ

К,

Uo

VK,, K

чг Ji

(О

где А - посто нна , завис ща  от количества кодовых разр дов А1Щ.

Допустим KjQ 0, тогда значение выходного кода АЦП определ етс  выражением

NO А

К . К,а и,

(2J

513

.AK,,(,-,-,,-,,-,-,-- .

Uo После преобразований получим

UN - (3) 1+ K,jgK,, K|,j . -iK.

Из выражени  (З) видно, что величина отклонени  измен етс  по квадра тичному закону и знак отклонени  противоположен знаку ЭДС Холла, т.е. величина отклонени  вычитаетс  из N.,. Таким образом, показани  цифрового индикатора 18 с увеличением f от- клон ютс  от линейной зависимости от Е в сторону уменьшени . Така  зависимость показаний цифрового инди - катора 18 от ЭДС Холла позвол ет корректировать нелинейность характе- ристики преобразовани  датчика Холла , обусловленной увеличением его чувствительности с ростом индукции магнитного пол , воздействующего на датчик. Выражени  (1| и (З) получе- ны дл  случа , когда вход масштабного сумматора 22, к которому подключен ключ 20,  вл етс  суммирующим по отношению к опорному напр жению. Нетрудно показать, что если этот вход будет вычитающим, то знаки в выражении (З измен тс  на противоположные . Тогда показани  цифрового индикатора 18 с увеличением ЭДС Холла будут отклан тьс  от линейной за- висимости от f в сторону увеличени , что позвол ет корректировать нелинейность характеристики преобразовани  датчика Холла, обусловленную уменьшением его чувствительности с ростом индукции магнитного пол , воздействующего на датчик.

Вид приведенных вьпие выражений - сохранитс  и дл  случа , когда вектор И1щукции магнитного пол  изменит свое направление на противоположное , однако необходимо учесть, что при этом х О и, следовательно , и,,-с.О, т.е. ключ 20 будет разомк нут, а ключ 21 замкнут и вместо коэффициента передачи масштабного сумматора 22 необходимо ввести коэф -

ВНИИПИ Заказ 1629/46 Тираж 731 Подписное Проипв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

5 О

5

0

126

фициент передачи масштабного сумматора 22 по входу, к которому подключен ключ 2 - К,, . Выражение (3) в этом случае примет вид

. М К 2, K|q K,l

N - N, т-гк;7к;7к;

Таким образом, подбира  соответствующую величину Kjg и К, можно корректировать ассиметрию диаграммы направленности датчика Xojma.

Использование изобретени  позвол ет линеаризировать зависимость ЭДС Холла от величины и направлени  вектора индукции магнитного пол , воздействующего на датчик Холла, благ одар  чему повышаетс  точность измерени  в сильных магнитных пол х , а также позвол ет определить направление вектора индукции магнитного пол .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Измеритель электродвижущей силы Холла по авт.св.№ 883817, о т л и - чающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений, в него введены переключатель, индикатор знака, согласующий блок, масштабный сумматор, два ключа и формирователь абсолютного значени , вход которого соединен с выходом синхронного детектора , первый вход переключател  соединен с выходом амплитудного детектора , второй вход - с выходом синхронного детектора, а выход - с информационным входом аналого-цифрового преобразовател , входы индикатора знака и согласующего блока соединены с выходом знакового разр да аналого-цифрового преобразовател , выход масштабного сумматора соединен с входом аналого-цифрового преобразовател , входы ключей соединены с выходом формировател  абсолютного значени , а выходы - соответственно с первым и вторым входами масштабного сумматора, третий вход которого соединен с источником опорного напр жени , причем управл ющие входы ключей соединены с вькодом согласующего блока.