Устройство для измерения индукциипеременных магнитных полей

Устройство для измерения индукциипеременных магнитных полей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<,1 815691 (61 ) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 100579 (21)2764621/18-21 с присоединением заявки ¹(23) Приоритет— (51)М. Кл.з

8 01 Я 33/02

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано .230381Бюллетень М11 (5З) УДК 621. 317. .44(088.8) Дата опубликования описания 23р 381

P2) Авторы изобретения

В. И. Скрипник, !p. A. Скрипник и E. A. Шуляковский (73) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНДУКЦИИ ПЕРЕМЕННЫХ

МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Изобретение относится к измерению магнитных величин и может быть использовано для повышения точности измерения индукции переменных маг5 нитных полей в широком диапазоне частот.

Известны магниторезистивные измерители индукции переменных магнитных полей, представляющие собой измерительный мост, в одно из плеч которого включен магнитоуправляемый резистор. Для измерения магнитной индукции в широком диапазоне частот используют квадратичный участок функции преобразования магнитореэиатора 1).

Однако нелинейность преобразовательной характеристики обуславливает необходимость индивидуальной градуировки шкалы измерителя и затрудняет использование цифрового отсчета 2О и регистрации результатов измерения.

Известно также устройство для измерения индукции переменных магнитных полей с одним чувствительным элементом, имеющее равномерную шкалу. Линеаризация преобразовательной характеристики достигается тем, что в мостовую измерительную схему с двумя магнитореэисторами, рабочим и компенсационным, имеющими квадратичную характеристику, введены последовательно соединенные источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель и управляемый усилитель 2 j.

Недостатком устройства являются неисключенные погрешности от температурной и временной нестабильности, так как магнитореэистор не охвачен цепью обратной связи. Кроме того, дополнительная погрешность возникает от изменения чувствительности моста и напряжения питания моста.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Эта цель достигается тем, что в устройство для измерения индукции переменных магнитных полей, содержащее магнитореэистор, помещенный в катушку подмагничивания и включенный в плечо измерительного моста, три ключа, управляющие входы которых подключены к выходам мультивибратора, усилитель и подключенный к нему цифровой регистрирукщий прибор, дополнительно введены интегратор, вход которого через первый ключ соединен с выходом моста, его выходс инвертирующим входом усилителя, делитель напряжения, вход которого че реэ первый ключ соединен с выходом

815691 моста, его выход - с неинвертирующим входом усилителя, выход цифрового регистрирунхцего прибора через второй ключ соединен с потенциальным зажимом катушки подмагничивания, одновибратор, вход которого соединен с выходами мультивибратора, а выход ño вторым входом цифрового регистрирующего прибора.

На чеРтеже представлена схема устройства для измерения индукции переменных магнитных полей.

Устройство содержит магниторезистор 1, катушку 2 подмагничивания, измерительный мост 3, источник 4 nocToRHHoro напряжения, ключи 5,6 и 7, мультивибратор 8, интегратор 9, дели-15 тель 10 напряжения, усилитель 11, цифровой регистрирующий прибор 12, балластный резистор 13 и одновибратор 14.

Магниторезистор 1 помещают в катуш-2О ку 2 подмагничивания и включают в плечо измерительного моста 3, который питается от источника 4 постоянногО напряжения. 1(выходу моста 3 через ключи 5 и б, интегратор 9 и де- 25 литель 10 напряжения подключают входы усилителя 11. Выход усилителя 11 через цифровой регистрирунхщий прибор

1?, балластный резистор 13 и ключ 7 соединяют с потенциальным зажимом катушки 2 подмагничивания магнит о- Зо резистора 1. Цепи управления ключей

5, 6 и 7 подключают к выходам мультивибратора 8 непосредственно, . а цепь запуска цифрового регистрирующего прибора 2 подключают к мультивибратору 8 через одновибратор 14.

Измеритель магнитной индукции работает следующим образом.

Магниторезистор 1 под действием измеряемой индукции 8„и при отсут- 4О ствии подмагничивания изменяет свое сопротивление в соотношении с выражением

R< =" o+aR=Rc (1+PBx) (1) где Rо — сопротивление магниторезистора при отсутствии внешне45 го магнитного поля, а и — приращение сопротивления магниторезистора при воздействии магнитного поля, J5 — коэффициент пропорциональ нос. ти.

Изменение сопротивления магнитореэистора 1 приводит к появлению напряжения на выходе моста 3.

"г =S& о8к U i (2) где S. — чувствительность измерительного моста, определяемая соотношением сопротивлений плеч моста, U<- напряжение питания моста. 66

Напряжение моста U > через замкнутый ключ 5, управляемый мультивибратором 8, поступает на интегратор 9, работакщий в режиме аналоговой памяти, где и запоминается. После пере- 65 ключения мультивибратора 8 размыкается ключ 5 и замыкаются ключи 6 и 7.

При этом выходное напряжение моста 3 через делитель 10 напряжения поступает на неинвертирующий диод усилителя 1. На инвертирующий вход усилителя 11 воздействует запоминание напряжения интегратора 9, равное К U<, где K — масштабный коэффициент ин тегратора. Выходное напряжение усилителя 11 через прибор 12, балластный резистор 13 и замкнутый ключ 7 подключается к потенциальному зажиму катушки 2 подмагничивания.

Выходное напряжение моста 3 при одновременном воздействии измеряемой индукции переменного поля Вх и индукции 80 подмагничивающего постоянного поля, создаваемого катушкой 2, равно

U3 =S JSR0(Bx+8 о) " (3)

Напряжение Уз ослабляется делителем 10 напряжения и сравнивается уси- лителем 11 с выходным напряжением интегратора 9. Разностное напряжение на выходе усилителя 11 при этом равно 4= Кг — - К1 г)=кгзб оМВк(<- )" ф),(4)

U 1 4 Ь где К вЂ” коэффициент усиления усилителя 11, n — коэффициент деления делителя 10 напряжения.

Под действием напряжения 04 через прибор 12 и катушку 2 подмагничивания при замкнутом ключе 7 протекает ток.

При значении сопротивления резистора

13 многим больше сопротивления катушки 2 имеем

«v< u<

3== =

R2+R5 и э где R2 — сопротивление катушки подмагни чи в а ни я, R3 — сопротивление балластного резистора из мангеника.

Под действием тока 3 создается под-. магничивакщее поле, создающее индукию

8o =K 33 (6) где К вЂ” коэффициент пропорциональ.3 ности, зависящий от числа витков и геометрических размеров катушки подмагничивания.

Эначение тока, измеряемого прибором 12, определяется из соотношения (5) с учетом выражений (4) и (б) ..

После подстановки имеем уравнение

Ф

При выборе коэффициента усиления усилителя 1 достаточно боль815691 шим (К >1000) вторым числом уравнения (7) пренебрегают. Тогда значение измеряемого тока из (7) где к4= — (к и-1) - постоянный коэфК фициент пропорциональности. !О установившееся значение тока измеряется цифровым регистрирующим прибором 12 после прекращения импульсов сброса с задержкой, создаваемой одновибратором 14 ° Время задержки одновиб- 1 атора 14 выбрано больше постоянной

11 ремени катушки подмагничивания 2, что позволяет измерять установившееся значение тока. .После следующего переключения муль 2О тивибратора 8 ключи 6 и 7 размыкаются, ключ 5 замыкается и одновременно разряжается интегратор 9. После этого начинается заряд интегратора 9 и цикл измерения пояторяется. Новому значению индукции соответствует другое показание прибора 12.

Как следует из окончательного выражения (8), значение тока линейно зависит от измеряемой индукции, несмотря на квадратичный характер пре- 30 образовательной характеристики магниторезистора (1). Это позволяет использовать для отсчета индукции стандартный,цифровой прибор.

Отсутствие в выражении (8 ) коэффи- $$ циента пропорциональности)Ъ, чувствительности S моста 3, напряжения питания U источника 4, коэффициента усиления K 1 усилителя 11 и сопротивления R > катушки подмагничивания 2 исключает влияние нестабильности этих параметров на результат измерения.

Точность измерения определяется в основном стабильностью масштабного коэффициента К, интегратора 9, коэффициента деления и делителя 10 на- 45 пряжения и коэффициента пропорциональности, определяемого геометрическими размерами К катушки нодмагничивания 2.

Обеспечение стабильности указанных

50 величин на постоянном токе не пред. ст авляет з атруднений.

Значение коэфФициента давления и делителя 10 напряжения выбирается из выражения (8 ) исходя из чувствительности используемого цифрового регистрирующего прибора 12.

В предлагаемом измерителе достигают повышение точности измерения индукции переменных магнитных naneN в широком диапазоне частот и обеспечивают воэможность цифрового отсчета и регистрации. Это достигнуто эа счет исключения влияния на результат измерения непостоянства параметров магниторезистора, элементов и режима питания измерительного моста, нестабильности параметров усилителя и других элементов измерительной схеви.

Независимость результатов измерения от параметров магниторезисторов позволяет решить вопрос их взаимозаменяемости и исключения трудоемкой операции индивидуальной градуировки измерителя для каждого экземпляра магниторезистора, что дает значительный экономический эффект.

Формула .изобретения

Устройство для измерения индукции переменных магнитных полей, содер жащее маГниторезистор, помещенный в катушку. подмагничивания и включенный в плечо измерительного моста, три ключа, управляющие входы которых подключены к выходам мультивибратора, усилитель и подключенный к нему цифроной регистрирующий прибор, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены интегратор, вход которого через первый ключ соединен с выходом моста, его выходс инвертирующим входом усилителя, делитель напряжения, вход которого че- . рез первый ключ соединен с выходом моста, его выход — с неинвертирующим входом усилителя, выход цифрового регистрирующего прибора через второй ключ соединен с потенциальным зажимом катушки подмагничивания, одновибратор, вход которого соединен с выходом мультивибратора, а выходсо вторым входом цифрового регистрирующего прибора.

Источники и нформации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кобус А,и Гушинский Я. Датчики

Холла и магниторезисторы. М., "Энергия", 1971, с. 297 °

Авторское свидетельство СССР

Р 513332, кл. G 01 R 33/02, 1975.

815б91

Составитель Е. Данилина

Редактор Н. Рогулич . Техред М.Голинка КорректорС. Щомак

Заказ 1031/77 Тираж 732 Под пи с ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Фили an ППП "Пат ент ", r. Ужгород, ул. Проектная, 4