Устройство для измерения магнитнойиндукции

Устройство для измерения магнитнойиндукции

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

/ сФ (61) Дополнительное к ввт, саид-ву 756325 (22) Заявлено 04.1178 (21} 2680449/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

Опубликовано 300681. >>+ « №

Дата опубликования описания 30.06.81

G 01 R 33/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 621. 317.,44(OB8,8) (72) Авторы изобретения

Вуй Ван Шанг и Н . И . Грибок (71) Заявитель

Львовский ордена Ленина политехнически (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ индукции (, 1

Устройство относится к магнитным измерениям и может быть использована для точных измерений индукции магнитных полей в широком диапазоне значений индукции. 5

Па основному авт.св. 9 756325 известно устройство для измерения магнитной индукции, содержащее двухэажимный магнитарезистор, источник опорного напряжения, два переключателя, интегратор, сравнивающий блок, селектор, генератор импульсов, реверсивный счетчик, двоичный умножитель частоты и блок управления, выходы которого соединены с входом селектора и вха- 15 дами переключателей, первый вход первого из которых соединен с первым выходом источника опорного напряжения и с одним из зажимов магнитореэистара, другой зажим которого эаземлен, 29 при этом выход первого переключателя через интегратор и сравнивающее устройство соединен с выходом селектора, второй вход которого связан с выходом генерзтора импульсов, a выход- 25 с входом, счетчика результата двоичного умножителя частоты, а также дополнительную катушку, резистор и источник постоянного тока, управляющий вход которого связан с блоком управ- ЗО ления, два сигнальных выхода соединены с входами второго переключателя, выходы, катарага подключены к зажимам катушки, создающей образцовое магнитное пале, пронизывающее магнитарезистар, заземленный зажим которо« га соединен с одним эажимсм резистора, другой зажим подключен ка второму выходу источника апорнага напряжения и ка второму входу первого переключателя, а выход селектора саец-анен с входом одной из схем совпадения и с суммирующим входом реверсивного счетчика управления двоичного умножителя частоты, вычитающий Вход каторога соединен с выходам селектора, а информационные выходы подключены к входам группы схем совпадения, вторые входы которых связаны с информационными выходами счетчика результата, а выходы подключены к входам схемы собирания, один из входов которой соединен с выходом селектора, а выход связан с суммирующим входам реверсивного счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходам селектора, вход управления которого связан с выходом реверсивного счетчика (13.

Однако точность измерения с помощью известного устройства недостаточна.

842650

Цель изобретения — повышение точности измерений при расширении рабо чего диапазона измерения магнитной индукции.

Для достижения поставленной цели в устройство„ содержащее магниторефистор, источник опорного напряжения, резистор, переключатель, катушку, источник постоянного тока, интегратор, сравнивающее устройство, селектор, генератор импульсов, реверсивный счетчик импульсов, блок управления, выходы которого соединены <=-o входами селектора, переключателя, источника постоянного тока, первый выход которого подключен к первому зажиму катушки, создающей образцовое магнитное поле, пронизывающее магниторезистор, один иэ зажимов которого через первый провод линии связи соединен с заземленным зажимом резистора, другой зажим через второй провод линии связи подключен к первому входу переключателя и к одному из

Выходов источника опорного напряжения, другой выход которого соединен с другим зажимом резистора и с,вторым входом переключателя, выход которого через интегратор и сравнивающее устройство соединен со входом селектора, второй вход которого связан с выходом геиератора импульсов, а выход соединен со входом реверсивного счетчика, а также двоичный умножитель частоты, состоящий из реверсивного счетчика управления, счетчика результата, группы элементов совпадения И, элементов собирания ИЛИ, введены последовательно соединенные делитель частоты и второй элемент собирания ИЛИ, выход которого поцключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, второй вход — к выходу селектора, первый вход, делителя частоты соединен с выходом первого элемента собирания ИЛИ, а второй вход — c выходом блока управления.

Кроме того, катушка снабжена многозажимной катушкой,а переключатель, вход которого соединен с выходом источника постоянного тока, а выходы подключены ко второму зажиму первой катушки и к зажимам многозажимной катушки, выполнен многоканальным,причем две катушки соединены .последовательно и помещены в магнитное поле вместе с магниторезистором.

На чертеже изображена функционазГь ная схема устройства.

Устройство содержит источник 1 .стабильного тока, переключатель 2, первую катушку 3, вторую многозажимную катушку 4, двухзажимный магниторезистор 5, источник 6 опорного напряжения, резистор 7, переключатель 8, интегратор 9, сравнивающий блок 10, селектор ll, генератор 12 импульсов, реверсивный счетчик 13, двоичный умножитель 14 частоты, состоящий иэ реверсивного счетчика 15 управления, элемента собирания ИЛИ 16, группы элементов совпадения И 17 и счетчика

i8 результата, блок 19 управления, делитель 20,частоты, второй элемент собирания ИЛИ 21. Выходы блока 19 правления соединены со входами селектора 11, переключателя 8, источника

1 тока, первый вход которого подключен к первому зажиму катушки 3, создающей образцовое магнитное поле, пронизывающее магниторезисторы 5, один из зажимов которого через первый провод линии связи соединен с заземленным зажимом резистора, второй зажим через второй провод линии связи подключен к первому входу переключателя 8 и к одному из входов источника 6 опорного напряжения, другой выход которого соединен с другим зажимом резистора 7 и со вторым входом

20 переключателя 8,выход которого через интегратор 9 и сравнивающий блок 10 соединен со входом селектора 11, второй вход которого связан с выходом генератора 12 импульсов, а выход связан со входом реверсивного счетчика

13, вход многоканального переключа теля 2 соединен со вторым выходом источника 1 тока, а выходы подключены ко второму зажиму первой катушки 3 и к зажимам многоэажимной катушки 4, причем катушки 3 и 4 соединены последовательно и помещены в магнитное поле вместе с магнитореэистором 5, а выходы селектора 11 соединены с одним из входов второго элемента собирания

ИЛИ 21, со счетным входом счетчика результата, с суммирующими и вычитающими входами счетчика 15 управления, а выход первого элемента собирания

ИЛИ 16 через делитель 20 частоты с

40 другим входом второго элемента собирания ИЛИ 21, выход которого связан с суммирующим входом реверсивного счетчика 13, выход которого соединен со входом управления селектора 11, выходом подключенного к дополнительному входу реверсивного счетчика 15 управления, являющемуся вычитающим входом его второго триггера, при этом блок 19 управления соединен с делителем 20 частоты и со входом счетчика 18 результата.

Устройство работает следующим образом.

В области слабых полей зависимость сопротивления магниторезистора от индукции имеет квадратичный характер, затем она постепенно становится линейной и остается таковой вплоть до

10 Т. При значениях индукции больше

10 Т кривая зависимости может быть нелинейной. Кривая зависимости сопротивления магнитореэистора от индукции симметрична.

Устройство работает в четырех поддиапазонах магнитной индукции.

842650

В первой области (квадратичная характкристика магниторезистора) устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчики 13, .15 и 18 сброшены в состояние, нуля, переключатель 8 находится в нейтральном положении, а переключатель 2 на5 ходится в положении О. В первом цикле коммутации сигнал из блока 19 управления подключает переключатель 8 в верхнее положение на время периода Т напряжения сети. На магниторезистор действует лишь измеряемое магнитное поле с индукцией. В момент — Т блок 19 управления переводит

1 переключатель 8 в нижнее положение и открывает селектор 11 по дополни- >5 тельному входу реверсивного счетчика

15 управления. При этом в интеграторе 9 интегрируется напряжение до момента равенства нулю его выходного напряжения, которое фиксируется срав- Щ нивающим блоком. В реверсивном, счетчике 15 эафиксируется дополнительйый код числа И„, поскольку импульсы поступают на вычитающий вход второго триггера реверсивного счетчика 15. .Во втором цикле коммутации по сигналу блока 19 управления включается переключатель 2 в положении I,вследствие чего через катушку 2 начинает протекать ток от источника Х, приводящий к воэникновению образцовой индукции Bg, совпадающей по направлению с измеряемой индукцией Вд . B результате преобразования, основанного на принципе двухтактногQ интегрирования на суммирующий вход счетчика 15 управ- 5 ления и на вычитающий вход реверсивного =четчика 13 во время второго цикла коммутации поступает число импульсов N2 . Так как в конце первого цикла коммутации в реверсивном счет- 4Р чике 15 зафиксирован дополнительный код числа N, то к концу второго цикла коммутацйи в нем зафиксируется число Ng N2 — N .

На третьем цикле коммутации переключатель 2 находится в том же положении (положении I), блок 19 управления изменяет на противоположное направление тока в катушке 3. Вследствие о этого на .магниторезистор 5 воздействуют два постоянных противоположно направленных магнитных поля с индукциями В> и В>. К концу третьего цикла коммутации в результате интегрирующего время-импульсного преобразования на суммирующий вход счетчийа 13 и на вход второго элемента собирания

ИЛИ 21 поступает число импульсов N4.

Так как к концу второго цикла коммутации в реверсивном счетчике 15 уп-

И> - -N„,то к концу третьего цикла в нем зафйксируется число N>. Поскольку в реверсивном счетчике 13 зафиксирован код числа Н2, то к концу треть- 5 его цикла в нем зафиксируется число

6 2 4

После третьего цикла блок 19 управления открывает селектор 11 по входу счетчика 18 результата, вследствие чего на его вход поступают им(пульсы с частотой следования f до о момента, когда реверсивный счетчик 13 переходит в нулевое состояние. При этом в счетчике результата эафиксируется число импульсов N, пропорциональное измеряемой индукции В„ .После преобразования при коэффициенте деления делителя частоты К = 1 получим В = — — N

Во

gNa (1) где Na — информационная емкость счетчиков .5 и 18

2>о — 10 " а — 0 1 2...

В

I / I

Этот режим измерения применяется только в диапазоне магнитной индукции, которая определяется иэ соотношения Ba C В „с BA n, где BA rnin— граница между начальным нелинейным и линейным участкам и характеристики магнитореэисторов.

Если измеряемая магнитная индукция находится во второй области линейной характеристики, то процесс измерения осуществляется следующим образом.

В исходном состоянии счетчики 13, 15 и 18 сброшены в состояние нуля, переключатель 8 находится в нейтральном положении, а многоканальный переключатель 2 — в положении О. В первом цикле коммутации блок 19 управления переводит переключатель 8 в верхнее положение на время периода Т напряжения сети. На магнитореэистор действует лишь измеряемое магнитное поле с индукцией В„. К концу первого цикла коммутации после преобразования на вычитающий вход счетчика 15

/ поступает число импульсов N, Во втором цикле коммутации переключатель 2 находится в положении II, через катушку 3 и первую и вторую обмотки катушки 4 протекает ток. В результате преобразования на суммирующий вход счетчика 15 и на вычитающий вход счетчика 13 поступает число импульсов N2 . Так как к концу первого цикла в счетчике 15 зафиксирован доI полнительный код числа N4 то к концу второго цикла в нем эафиксируется число И3 . В третьем цикле комму-! тации переключатель 2 находится в том же положении, что и во втором цикле, в направление тока изменяется на противоположное. Количество импульсов к концу третьего цикла, поступив; шее на вход второго элемента собирания KIH 21, равно N4 . Так как к концу второго цикла в счетчике 13 зафиксировано число Ы2, то к концу третьего цикла в нем зафиксируется число импульсов Nf Na — N4 . Одновремен842650 но блок 19 управления открывает селектор 11 по входу счетчика 18, на вход которого начинают поступать импульсы с частотой 1о до момента, когда реверсивный счетчик 13 переходит в нулевое состояние. При этом в счетчике ,результата зафиксируется число импульI сов N . После преобразования получим

Be

Вх w — — N (2)

2Ио

Вторая область измерения не может О охватить весь линейный участок характеристики магниторезистора, ограниченный пределами В „„„„ и В п(с,„. Поэтому в третьей области лийейной характеристики магниторезистора устройство работает следующим образом.

В исходном положении все счетчики сброшены в состояние нуля, переключатель 8 находится в нейтральном положении, а переключатель 2 — a положении О. 2О

В первом цикле коммутации на катушки 3 и 4 поступает ток, вслецствие чего на магниторезистор действует лишь измеряемая магнитная индукция

В„ . В результате преобразования на 25 вычитающий вход реверсивного счетчика 15 управления поступает число имIf пульсов N„

Во втором цикле коммутации переключатель 2 находится в положении I. ЗО

При этом на магниторезистор воздействует образцовое и измеряемое магнитное поле с индукциями В и В,< . B результате преобразования на суммирующий вход реверсивного счетчика 15 и на вычитающий вход счетчика 13 посту(( пает число импульсов NI . Так как к концу первого цикла в счетчике 15 (( зафиксировано число И„, то к концу второго цикла в нем зафиксируется код числа NÇ вЂ” = N я lI а

В третьем цикле коммутации переключатель 2 переводят в положение у, а сигналом блока 19 управления меняЕтся направление тока. При этом на магниторезистор воздействуют два про- 45 тивоположно направленных магнитных поля с индукцией В„ и К ВО . К концу третьего цикла на вход элемента собирания ИЛИ 21 поступает число импульсов И4я . С учетом числа импульсов щ

Ng(, которые поступили на вычитающий вход счетчика 13,к концу третьего цикла в нем зафйксируется число импульсов Н вЂ” Б .2 - — И,(П и и

После третьего цикла по сигналу блока управления в счетчике 18 записывается код числа и и через некоторое время открывается селектор 11 по входу счетчика 18. K концу четвертого цикла на вход счетчика 18 результата поступает число импульсов N, а в бО (( счетчике 18 зафйксируется код числа

flPH KA * 1 N N + No BPH N т 6 ."(К„- - I) >о, после преобразования

В (( имеем Вх

25о (3) Расширение рабочего диапазона индукции в нелинейной области квадратичной характеристики магниторезистора основано на принципе перемещения индукции, пронизывающей магниторезистор в линейном участке характеристики.

В исходном состоянии все счетчики сброшены в нулевое состояние. В первом цикле коммутации переключатель

2 находится в положении III. Ток,протекающий через катушки, создает противоположную по направлению с измеряемой индукцию. В результате преобразования на суммирующий вход счетчика

15 и вход счетчика. 13 поступает число импульсов N " . Во втором цикле переключатель 2 находится в положении

1у. На магниторезистор воздействуют два противоположно направленных магнитных поля с индукциями В„ и К4В,(.

К концу второго цикла на вычитающий вход реверсивного счетчика 15 постуIII пает число импульсов N . С учетом поступившего количества импульсов

N(f в счетчике 15 зафиксирован код

Ц!

II I чйсла N 3

В третьем цикле коммутации переключатель 2 находится в положении YI.

На магниторезистор воздействуют два противоположно направленных магнитных поля I-" HHp+KUHHMH В „H K Bg

Во втором цикле через элемент собирания ИЛИ 21 на суммирующий вход счетчика 13 поступает число импульсов

f l I

N >, а к концу цикла в нем зафиксиI I I руется число импульсов N = N (к

N .

В четвертом цикле коммутации по сигналу блока управления в счетчике (18 устанавливается код числа N и через некоторое время открывается селектор 11 по входу счетчика 18 результата. На вход счетчика 18 поступают импульсы с частотой Е до момента, когда реверсивный счетчик 13 переходит в нулевое сосгояние. Количество импульсов, которое поступило на вход счетчика результата, будет равно

Ng N Кд

3 ла обработки результата измерения в счетчике 18 результата зафиксируется

II I ((1 ., ( (од числа N — N + N

Если коэффициент деления К делителя 20 частоты равен К,(— К и ( 3

И = МО {КЬ +К ), то после преобразования измеряемая индукция определяется по формуле 0

Таким образом, в устройстве обеспечена независимость результата измерения от временной и температурной нестабильности параметров магниторезистора, линии связи, коэффициента передачи схемы, так как измеряемая магнитная индукция не зависит от начального сопротивления ВО.(H Rgg, удельной

842650

15

Формула изобретения

Составитель Е.Данищена

Техред М, Коштура Корректор Г,Решетник

Редактор Л.Филь

Заказ:5090/53 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 чувствительности магниторезистора 5, их температурной и временной нестабильности, значения частоты f> гене- ратора l2 импульсов, нестабильности опорного напряжения U, сопротивления соединительных проводов г„, г и резистора R1 их значения, постоянной времени " интегратора 9, что приуодит к повышению точности измерения.

Кроме того, устройство позволяет расширить рабочий диапазон.измеряеМой индукции не только в линейном участке, но и в области индукций, превышающих 10 Т.

Устройство для измерения магнитной индукции по авт.св. Р 756325,о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью 2п повышения точности измерений, в него дополнительно введены последовательно соединенные двигатель яа.тот н второй элемент собирания ИЛИ, вы од которого подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, второй вход — к выходу селектора, первый вход делителя частоты соединен с выходом первого элемента собирания ИЛИ, а второй вход — с выходом блока упрая1 пения.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что катушка снабжена многоэажимной катушкой, а переключатель, вход которого соединен с выходом источника постоянного тока, а выходы подключены ко второму зажиму первой катушки и к зажимам многоэажимной катушки выполнен многоканальным, причем две катушки соединены последовательно и помещены в магнитное поле вместе с магнитореэистором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 756325 от ?4.04.78.