SU1755221A1 - Цифровой измеритель магнитной индукции - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике магнитных измерений и может быть использовано дл  прецизионного измерени  в широком диапазоне индукции посто нных магнитных полей. Устройство содержит датчик 1 Холла, стабилизатор 2 тока, коммутатор 3, трансформаторы 4,5. резистор 6, синхронный детектор 7, преобразователь 8 напр жение-код, делительный блок 9, элемент ИЛИ 10, реверсивный счетчик 11, дешифратор 12, цифровой индикатор 13, блок констант 14, блок управлени  20, усилитель-ограничитель 15, элементы И 16,18, триггеры 17,19. 2 ил.

Description

ФигЛИзобретение относитс  к магнитным измерени м и может быть использовано дл  прецизионного измерени  в широком диапазоне индукции посто нных магнитных полей.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  магнитной индукции независимо от ее направлени  относительно расположени  датчика Холла.

На фиг.1 приведена блок-схема цифро- вого измерител , магнитной индукции; на фиг.2 - блок-схема и временные диаграммы работы блока управлени  предлагаемого цифрового измерител  магнитной индукции,

Цифровой измеритель магнитной ин- дукции (фиг. 1) состоит из датчика Холла, ста- билизатора тока 2, коммутатора 3, трансформаторов 4 и 5, переменного резистора б, синхронного детектора 7, преобразовател  напр жение-код 8, делительного блока 9, элемента ИЛИ 10. реверсивного счетчика 11, дешифратора 12, цифрового индикатора 13, блока констант 14. усилител -ограничител  15, элемента И 1 б, триггера 17, элемента И 18, триггера 19 и блока управлени  20.

Токовые электроды датчика Холла 1 соединены со стабилизатором тока 2. Первична  обмотка первого трансформатора 4 через нормально замкнутые контакты С,Д второй группы коммутатора 3 соединена с токовыми электродами датчика Холла 1. Перва  первична  обмотка второго трансформатора 5 через нормально разомкнутые контакты А,Б первой группы ком- мутатора 3 соединена с потенциальными (Холловскими) электродами датчика Холла 1. Управл ющий вход датчика 3 соединен с первым выходом блока управлени  20.

Вторична  обмотка первого трансфер- матора 4 соединена с переменным резистором б, средн   точка которого соединена со второй первичной обмоткой второго трансформатора 5. Вторична  обмотка второго трансформатора 5 соединена с сигнальным входом синхронного детектора 7. управл ющий вход которого соединен с управл ющим выходом стабилизатора тока 2. Выход синхронного детектора 7 соединен с сигнальными входами преобразовател  напр же- ние-код 8 и усилител -ограничител  15.

Запускающий вход преобразовател  напр жение-код соединен со вторым выходом блока управлени  20. Кодовый выход (параллельный код) преобразовател  на- пр жение - код 8 соединен с первым входом делительного устройства 9. Импульсный выход (выход счетных импульсов) преобразовател  напр жение-код 8 соединен с первым входом элемента ИЛИ 10.

Нулевой вход делительного блока 9 соединен с третьим выходом блока управлени  20. Вход делени  делительного блока 9 соединен с четвертым выходом блока управлени  20. Выход блока соединен со входом схемы ИЛИ ТО. Вход записи устройства делени  9 соединен с п тым выходом блока управлени  20.

Выход элемента ИЛИ 10 соединен со счетным входом реверсивного счетчика 11. Нулевой вход реверсивного счетчика 11 соединен с шестым выходом блока управлени  20. Вход реверса реверсивного счетчика 11 соединен с выходом триггера 19. Выход реверсивного счетчика 11 (параллельный код) соединен с сигнальным входом дешифратора 12.

Управл ющий вход дешифратора 12 соединен с седьмым выходом блока управлени  20. Выход дешифратора 12 (параллельный код) соединен с цифровым индикатором 13

Управл ющий вход блока констант 14 соединен с восьмым выходом блока управлени  20, дев тый выход которого соединен с первым входом элемента И 16. Выход усилител -ограничител  15 соединен со вторым входом элемента И 16, выход которого соединен с единичным входом триггера 17.

Выход триггера 17 соединен с первым входом элемента И 18. Нулевой вход триггера 17 соединен с дес тым выходом блока управлени  20.

Второй вход элемента И 18 соединен с одиннадцатым выходом блока управлени  20. Выход элемента И 18 соединен с единичным входом триггера 19, нулевой вход которого соединен с двенадцатым выходом блока управлени  20.

По сигналу установки нул , поступающему с выхода блока управлени  20, в нулевое состо ние устанавливаютс  счетчик делител , буферный счетчик, счетный триггер , регистр делимого и триггер блока 9.

Операци  делени  производитс  путем последовательно вычитани  кода делител  Б из кода делимого А до тех пор, пока код делимого не станет равным нулю. Результат делени  равен числу циклов вычитани 

А-КБ О.

Управл ющий потенциал с нулевого выхода счетного триггера поступает на вход реверса счетчика делител  и устанавливает его в режим вычитани . Нулевой потенциал с единичного выхода счетного триггера, поступающий на вход реверса буферного счетчика , устанавливает его в режим сложени .

Нулевой потенциал с единичного выхода триггера делительного блока 9, поступающий на управл ющий вход схемы И.

запрещает прохождение через нее сигналов от генератора импульсов блока 9.

По сигналу делени , поступающему с выхода блока управлени  20, в нулевое состо ние устанавливаетс  счетчик результата в блоке 9. Счетные импульсы с выхода схемы окончани  делени  поступают на счетные входы счетчика делимого счетчика делител  и буферного счетчика. Так как счетчик делимого  вл етс  вычитающим, то счетные импульсы вычитаютс  из кода делимого А, т.е. из кода числа А , Кроме того, счетные импульсы вычитаютс  из кода делител , т.е. из кода числа Б, и суммируютс  с буферном счетчике

Число счетных импульсов, поступивших на счетных вход счетчика делител  за один цикл вычитани , определ етс  значением кода делител , т.е. кода числа А Когда код в счетчике станет равным нулю (окончилс  первый цикл вычитани  кода делител  Б из кода делимого А), срабатывает многовходо- ва  схема И.

После окончани  первого цикла вычитани  кода делител  Б из кода делимого А в буферном счетчике блока 9 установитс  код числа Б.

Во втором цикле вычитани  из кода числа Б в буферном счетчике блока 9 начинают вычитатьс  счетные импульсы. Когда код в буферном счетчике блока 9 станет равным нулю (окончилс  второй цикл вычитани  кода делител  Б из кода делимого А), срабатывает многовходова  схема И, Сигнал схемы через схему ИЛИ поступает на счетный вход счетного триггера и на счетный вход счетчика результата и на импульсный выход делительного блока 9. При этом счетный триггер переключаетс  и измен ет направление счета в счетчике делител  и в буферном счетчике блока 9.

В третьем цикле вычитани  счетчик делител  блока 9 работает на вычитание, а буферный счетчик - на сложение. Последовательность таких циклов вычитани  будет продолжатьс  до тех пор, пока код числа А в счетчике делимого станет равным нулю. В этот момент срабатывает многовходова  схема И и выдает управл ющий сигнал на второй нулевой вход триггера. На единичном выходе триггера вырабатываетс  нулевой потенциал, который запрещает прохождение счетных импульсов через схему И.

Сигналом нулевой установки, поступающим с выхода блока управлени  20, в нулевое состо ние устанавливаетс  реверсивный счетчик 11 Сигналом, поступившим с выхода блока управлени  20. в исходное состо ние устанавливаетс  блок

9. Сигналом, поступившим с выхода блока управлени  20, в нулевое состо ние устанавливаетс  триггер 17, который выдает запрещающий потенциал на элемент И 18. Сигналом, поступающим с выхода блока управлени  20, в нулевое состо ние устанавливаетс  триггер 19, который выдает такой сигнал на шину реверса реверсивного счетчика 11, при котором он работает нТеложе0 ние. Сигнал, поступающий с выхода блока управлени  20, вклк гзт реле коммутатора 3. При этом к потенциальным электродам датчика Холла 1 через замкнувшиес  контакты А и Б I группы коммутатора 3 подсое5 дин етс  втора  первична  обмотка трансформатора 5.

В первый такт измерени  через коммутатор 3 выходной сигнал датчика Холла 1 поступает через трансформатор 5 на синх0 ронный детектор 7. Выходной сигнал синхронного детектора 7 кодируетс  преобразователем напр жение - код 8, который имеет два выхода: импульсный и кодовый. Счетные импульсы с импульсного

5 выхода пропорциональные и сигнал с потенциальных электродов датчика Холла 1 поступает через элемент ИЛИ 10 на реверсивный счетчик 11, считающий в пр мом направлении. В счетчике 11 после первого

0 такта будет код NI , например при отрицательном направлении магнитной индукции - В относительно расположени  датчика Холла и код NI , при положительном направлении магнитной индукции + В.

5 Ni kiStnB + kiUH3. N,n kiSlnB-kiUH3. Во второй такт измерени  управл ющий сигнал с выхода блока управлени  20 отключает реле коммутатора 3. В этом слу0 чае контакты А и В первой группы I гр ком- мутатора 3 размыкаютс , а контакты Д и С второй группы Игр замыкаютс .При этом на вход синхронного детектора 7 с трансформатора 5 поступает часть сигнала с токовых

5 электродов датчика Холла 1. Сигнал с токовых электродов датчика Холла 1 поступает на первую первичную обмотку трансформатора 5 через последовательно соединенные трансформатор А и делитель со средней точ0 кой.

Сигнал синхронного детектора 7 преобразуетс  в код

N2 kUi klmrg. где rg - сопротивление датчика Холла.

5 Затем по сигналу, поступающему с выхода блока управлени  20, на первый вход делительного устройства 9 поступает кодМз с блока констант 14. Код N3, хран щийс  в блоке констант 14, равен коэффициенту компенсации Кк

Ut U

нэ

- JilaJ О

ОнаUH3 ( t )

На второй вход делительного устройства 9 поступает код по сигналу с выхода блока управлени  20.

После делени  кода N2 на код N3 в устройстве делени  9 по сигналу, поступающему с выхода блока управлени  20, в устройстве делени  установитс  код N4.

Ми„э.

N, Nj h In rg N4 N3 In rq

UH3

Результат делени  с импульсного выхода блока 9 в виде импульсов поступает на реверсивный счетчик 11. При отрицательном направлении магнитной индукции - В реверсивный счетчик 11 будет работать на вычитание, при положительном направлении магнитной индукции + В реверсивный счетчик 11 будет работать на сложение. Направление магнитной индукции определ етс  в первый такт измерени . Работа реверсивного счетчика 11 зависит от направлени  магнитной индукции относительно расположени  датчика Холла 1. При отрицательном направлении магнитной индукции - В выходной сигнал усилител -ог- раничител  15, подключенного к синхронному детектору 7,  вл етс  разрешающим (логическа  единица 1) дл  элемента И 16. При поступлении управл ющего сигнала с выхода 28 блока управлени  20 элемент И 16 срабатывает и выдает сигнал на единичный вход триггера 17. Триггер 17 переходит в единичное состо ние и выдает разрешающий потенциал на элемент И 18.

Во втором такте измерени  при поступлении управл ющего сигнала с выхода 30 блока управлени  20 срабатывает схема И 18 и выдает управл ющий сигнал на единичный вход триггера 19. Триггер 19 переходит в единичное состо ние. При этом состо нии триггера 19 реверсивный счетчик 11 будет работать на вычитание. При положительном направлении магнитной индукции - В состо ние триггеров 17,19 не измен етс  и поэтому режим работы реверсивного счетчика 11 не измен етс  во второй такт измерени , т.е. реверсивный счетчик 11 во втором такте будет работать на сложение.

Таким образом, после п того такта в реверсивном счетчике 11 установитс  код Ns при отрицательном направлении магнитной индукции - В и код NS при положительном направлении магнитной индукции + В.

NS - Nt - N4

- kiUH3

(klSlnB + klUH3)

hSInB,

N5 Ni + N4-(kiSlnB -kiUH3) + -kiUH3 kiSlnB .

Следовательно, временна  и температурна  нестабильность параметров датчика

Холла не приводит к по влению аддитивной погрешности, поскольку напр жение неэк- випотенциальности не вли ет на измерение ЭДС Холла, так как втора  и треть  составл ющие последнего уравнени  будут изме0 п тьс  на одну и ту же величину и будут взаимно компенсироватьс  N5t Ni(t)-N4(t)- kiSlnB4 +kiUHa(t)-kilMt) kiSlnB, N5(t) Nn(t) + N4(t) -kilMtH kiUi,3(t) kiSlnB.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Цифровой измеритель магнитной индукции , содержащий последовательно соединенные стабилизатор тока и датчик

   0 Холла, коммутатор, два трансформатора, переменный резистор со средней точкой, последовательно соединенные синхронный детектор, преобразователь напр жение - код, делительное устройство, элемент ИЛИ,

   5 реверсивный счетчик, дешифратор и цифровой индикатор и блок констант, выход которого подключен к второму входу делительного блока, импульсный оыход преобразовател  напр жение - код соединен с

   0 вторым входом элемента ИЛИ, вход синхронного детектора соединен с вторичной обмоткой первого трансформатора, первичные обмотки которого соответственно соединены со средней точкой переменного

   5 резистора и через нормально разомкнутые контакты первой группы коммутатора с потенциальными электродами датчика Холла, переменный резистор соединен с вторичной обмоткой второго трансформатора, пер0 вична  обмотка которого соединена через нормально замкнутые контакты второй группы коммутатора с токовыми электродами датчика Холла, управл ющий оыход стабилизатора тока соединен с управл ю5 щим входом синхронного детектора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  магнитной индукции, введены усилитель-ограничитель, два элемента И, два триггера и блок управлени ,

   0 выходы которого соответственно соединены с управл ющим входом коммутатора, с запускающим входом преобразовател  напр жение - код, с нулевым входом реверсивного счетчика, нулевым входом

   5 делительного блока, входом записи делительного блока, входом делени  делительного блока, нулевым входом первого триггера, нулевым входом второго триггера, входом дешифратора, входом первого элемента И. управл ющим входом блока констант , входом второго элемента И. второй вход которого соединен с выходом первого триггера, единичный вход которого соединен с выходом первою элемента И, сигналь- ныйвход которого через

   усилитель-ограничитель соединен с входом

   преобразовател  напр жение - код и выходом синхронного детектора, причем вход реверса реверсивного счетчика соединен с выходом второго триггера, единичный вход которого соединен с выходом второго элемента И.

   /К А А А А А

   201

   -$

   201

   m

   rsi

   «о

   -

   203

   N|

   fv

   r

   M

   v

   V