SU1712912A2 - Цифровой измеритель магнитной индукции - Google Patents

Description

Изобретение 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 .

На чертеже приведена блок-схема цифрового измерител .

Измеритель магнитной индукции состоит из датчика Холла 1, переключател  2, источника 3 питани , синхронного детектора 4, преобразовател  5 напр жение - число импульсов, фазочувствительного элемента 6, триггера 7, реверсивного счетчика 8,блока 9 управлени , дополнительно го счетчика 10, элемента И 11. триггера 12, автоматического переключател  13, резистора 14, двоично-дес тичного дешифратора 15 и цифрового индикатора 16.

Токовые электроды датчика Холла 1 соединены с первыми входами переключател  2. Потенциальные электроды датчика Холла 1 соединены с вторь1ми входами переключател  2, третьи входы переключател  2 соединены с выходами источника 3 питани . Выходы переключател  2 соединены с измерительным входом синхронного детектора 4. Управл ющий вход переключател  2 соединен с первым выходом блока 9 управлени ;

Управл ющий вход синхронного детектора 4 соединен с управл ющим входом фазочувствительного элемента б и управл ющим входом источника 3 питани . Измерительный вход синхронного детектора 4 соединен с измерительным входом фазочувствительного элемента 6. Выход синхронного детектора 4 соединен с первым входом преобразовател  5 напр жение - число импульсов.

Второй вход преобразовател  5 напр жение - число импульсов соединен с вторым выходом блока 9 управлени . Выход преобразовател  5 напр жение -число импульсов соединено перыми входами реверсивного счетчика 8 и счетчика 10.

Выход фазочувствительного элемента 6 соединен с первым входом блока 9 управлени . Нулевой вход триггера 7 соединен с нулевым входом дополнительного счетчика 10 и шестым выходом блока 9 управлени . Единичный вход триггера 7 соединен с выходом дополнительного счетчика 10. Выход триггера 7 соединен с первым входом элемента И 11.

Второй вход реверсивного счетчика 8 соединен с третьим выходом блока 9 управлени . Выход (параллельный код) реверсивного счетчика 8 соединен с первым входом двоично-дес тичного дешифратора 15 и вторым входом блока 9 управлени . Четвертый выход блока 9 управлени  соединен с третьим входом счетчика 8. П тый выход блока 9 управлени  соединен с вторым входом двоично-дес тичного дешифратора 15, Седьмой выход блока 9 управлени  соединен с вторым входом элемента И 11. Выход генератора 17 импульсов соединен с входом счетчика 18, выход которого (параллельный код) соединен с входом дешифратора 19, выходы которого с первого по восьмой соответственно соединены с первым, вторым,

третьим, п тым, шестым и седьмым выходами блока 9 управлени , с первым входом элемента И 20, с первыми входами элементов И 21, 22. Вторые входы элементов И 20, 21 соединены с первым входом блока 9 управлени ..Выход элемента И 20 соединен с единичным входом триггера 23, нулевой вход которого соединен с первым нулевым входом триггера 24, третьим выходом дешифратора 19. Выход триггера 23 соединен

с третьим входом элемента И 21, выход которого соединен со счетным входом триггера 24. Выход триггера 24 соединен с четвертым выходом блока 9-управлени . Второй нулевой вход триггера 24 соединен

с выходом элемента И 22, второй вход которого (параллельный код) соединен с вторым вхдом блока 9 управлени . Выход триггера 12 соединен с управл ющим входом автоматического переключател  13. Первый и второй выходы переключател - 13 через резистор 14 подключены между токовым и потенциальным электродами датчика Холла 1; Выход двоично-дес тичного дешифратора 15 соединен с цифровым индикатором 16.,

Работа устройства происходит в два такта измерени , Перед началом измерени  по сигналу с третьего выхода блока 9 управлени  в нулевое состо ние устанавливаетс  реверсивный счетчик 8. Кроме того, по этому же сигналу в нулевое состо ние устанавливаютс  триггеры 23 и 24. По сигналу, поступающему с шестого выхода блока 9

управлени , в нулевое состо ние устанавливаютс  дополнительный счетчик 10 и триггер 7. С четвертого выхода блока 9 управлени  поступает сигнал на шину ре-; верса реверсивного счетчика 8, по которому

он работает на сложение. Триггер 23 выдает разрешающий потенциал на элемент И 21. По сигналу с первого выхода блока 9 управлени  переключатель 2 устанавливаетс  в такое положение, что при положительном направлении магнитной индукции выходное напр жение датчика Холла 1 в первый TiaKT измерени 

Ui (+ex+UH3).

где вх - ЭДС Холла;

Унэ напр жение неэквипотенциальности .

Такое значение выходного сигнала датчика Холла 1 обусловлено тем,.что управл ющий сигнал на первом выходе блока 9 управлени  подключает первую пару проти; воположных электродов датчика Холла 1 к синхронному детектору 4, а через вторую пару противоположных электродов датчика Холла 1 протекает ток от источника 3 питани . Выходной сигнал датчика Холла 1Ui -(±ех + инэ) поступает через переключатель 2 и синхронный детектор 4 на преобразователь 5 напр жение - число импульсов. Результат преобразовани  в виде импульсов поступает на реверсивный счетчик 8, считывающий в пр мом направлении, и дополнительный счетчик 10

Ni KiK2(ex ±инэ),

где KI - коэффициент преобразовани  синхронного детектора;

К2 - коэффициент преобразовани  преобразовател  напр жение - число импуль .сов.

В конце первого такта измерени  блок 9 управлени  сигналом, поступающим с первого выхода блока 9 управлени , коммутирует переключатель 2.

Во втором такте измерени  выходной сигнал датчика Холла 1 будет N2 (± ех - UHS). Это напр жение через переключатель 2 и синхронный детектор 4 поступает на преобразоватеь 5 напр жение - число импульсов . Результат преобразовани  в виде последовательности импульсов поступает на реверсивный счетчик 8 и дополнительный счетчик 10.

В зависимости от услови  I ех I I инэ I или I ех I I Унэ I в реверсивном счетчике 8 осуществл етс  суммирование или вычитание результатов кодировани  двух тактов. Информаци  о виде операции во втором такте выдел етс  с помои ю фазочувствительного элемента 6 и блока 9 управлени .

Блок 9 управлени  в зависимости от пол рности сигналов на выходе фазочувствительного элемента 6 в оба такта измерени  выдает определенный командный сигнал на вход реверса реверсивного счетчика 8,

Когда I ех I i Онэ I, в регерсивном счетчике 8 осуществл етс  суммирование

результатов измерени  двух тактов, при I ёх I I Унз I-их вычитание.

При I ех1 J Онэ 1 и выходные сигналы датчика Холла 1 будут Ui I ех + UHS « 5 U2 I ех - инэ I.

В первый такт измерени  сигнал на выходе фазочувствительного элемента 6 отрицательной пол рности  вл етс  запрещающим дл  элементов И 20, 21. По-.

0 этому управл ющие сигналы блока 9 управлени  не проход т череэ элементы И 20, 21 в течение первого такта. Во втором такте сигнал на выходе фаэочувствительного э7|емента 6 отрицательной пол рности

5 будет запрещающим дл  элементов И 20, 21.

Поэтому при поступлении управл ющего сигнала с дешифратора 19 элемент И 20 не срабатывает и, следовательно, не измен етс  состо ние триггера 23. Хот  на второй вход элемента И 21 поступает разрешающий потенциал с триггера 23, во втором такте при поступлении управл ющего сигнала с дешифратора 19 элемент И 21

5 не срабатывает из-за наличи  запрещающего потенциала на его первом входе с выхода фазочувствительного элемента 6.

Поэтому блок 9 управлени  не измен ет свой выходной сигнал на четвертом выходе,

0 реверсивный счетчик 8 во втором такте будет работать на сложение. В результате во втором такте реверсивный счетчик 8 зафиксирует нисло импульсов, пропорциональное ЭДС Холла ех.

5.

NJ. NI + N2 KiK2 I ех + инэ I + KiK2 I ех -UH3l 2KiK2iexl 2KiK2ex. .

При I Вх I I UHSJ и рыходные сиг0 налы датчика Холла 1 будут Ui I ех + UHS I,

U2 I ех - Уна I, где В - магнитна  индукци ;

Во втором такте сигнал на выходе фазочувствительного элемента. 6 будет разре5 тающим дл  элемента И 21.На второй вход элемента И 21 поступает разрешающий потенциал с триггера 23, который в lepaoM такте не измен ет своего состо ни .

При поступлении во втором такте управл ющего сигнала на третий вход элемента И 21 с дешифратора 19 элемент И 21 срабатывает и выдает сигнал на счетный вход триг- . гера 24 реверса. Триггер 24 реверса срабатывает и переходит в единичное состо ние.: .

Таким образом, блок 9 управлени  измен ет свой выходной потенциал на четвертом выходе, поэтому во втором такте реверсивный счетчик 8 будет работать на вычитание.

N Ni - N2 KiK2 I ex-UHS - KiK2 I инэ-exl 2KiK2lexl KiK2ex.

При равенстве ЭДС Холла напр жению неэквипотенциальности ex. UH3i на вход дополнительного счетчика 10 во второй такт измерени  поступает такое число импульсов , что с его выхода не поступает управл ющий сигнал на единичный вход триггера 7.; Поэтому триггер 7 не измен ет свое состо ние и выдает во втором такте измерени  разрешающий потенциал на элемент И .11.После поступлени  на другой вход элемента И 11 во втором такте управл ющего сигнала блока 9 управлени  элемент И 11 срабатывает и выдает сигнал на счетный вход триггера 12. Последний переходит в другое состо ние и выдает сигнал на управл ющий вход автоматического переключател  13.

При этом к токовому и потенциальному электродам датчика Холла 1 подключаетс  резистор 14, что приводит к изменению напр жени  неэквипотенциальности UHSI- инэ2,/инэ2/ /ех/. .

Дальнейша  работа устройства в первый и второй такты ничем не отличаетс  от описанной ранее.

Такой режим работы будет продолжатьс  до тех пор, пока напр жение неэквипог тенциальности инэ2.не станет равным ЭДС Холла еж.

ех инэ2.

В этом случае во втором такте срабатывает триггер 12 и измен ет состо ние переключател  13, что приводит к отключению резистора 14 от токового и потенциального электродов датчика Холла 1, что приводит к изменению напр жени  неэквипотенциальности , т.е. Оно становитс  равном первоначальному инэ2 - UHSI.

При /ех/ /имэ/ и выходные сигналы датчика Холла 1 будут Ui /-ex + Кнэ/1 2 /-ex -инэ/.

В первом такте сигнал на выходе фазочувствительного элемента  вл етс  разрешающим дл  элементов 20, 21. При поступлении управл ющего сигнала с дешифратора 19 в первом такте элемент И 20 срабатывает и выдает сигнал на вход триггера 23. Триггер 23 срабатывает, переходит в единичное состо ние и выдает запрещающий потенциал на второй вход элемента И 21. Поэтому во втором такте элемент И 21 при поступлении управлжрщего сигнала на третий вход элемента И 21 с дешифратора не срабатывает, хот  на его вход поступает разрешающий потенциал положительной пол рности с выхода фазочувствительного элемента в.

Таким образом, во втором такте блок 9 управлени  не измен ет потенциал на четг вертом выходе и реверсивный счетчик 8-во втором такте будет работать на сложение

N NI + N2 KiK2/ex + инэ/ + KiK2/ex -UH3/ 2KiK2/ex/ 2KiK2ex

При /ex/ /Унз/ В выходные сигналы датчика Холла будут Ui /-ex + Унз/, U2 /-ex-инэ/ .

Во втором такте сигнал на выходе фазочувствительного элемента 6 положительной

пол рности будет разрешающим дл  элементов И 20, 21; на вход элемента И 21 поступает разрешающий потенциал с триггера 23, который в первом такте не измен ет своего состо ни . Сигнал с выхода фазочув ствительного элемента 6 отрицательной пол рности  вл етс  запрещающим дл  элемента И 20.

При поступлении управл ющего сигнала во втором такте с дешифратора 19 на третий вход элемента 21 последний срабатывает и выдает сигнал на счетный вход триггера 24 реверса. Триггер 24 реверса срабатывает и переходит в единичное состо ние .

Таким образом, блок 9 управлени  измен ет свой выходной сигнал на четвертом выходе, Поэтому во втором такте реверсивный счетчик 8 будет работать на вычитание. Когда число в реверсивном счетчике 8 во втором такте станет1равным нулю, срабатывает элемент И 22. Элемент И 22 выдает сигнал на второй нулевой вход триггера 24 реверса. Триггер 24 реверса переходит в единичное состо ние и измен ет свой выходной си гнал на четвертом выходе.

Таким образом, блок 9 управлени  во втором такте второй раз измен ет, направ-; ление счета в реверсивном счетчике 8, т.е. реверсивный счетчик 8 начинает работать на сложение..

В результате после второго такта реверсивный счётчик 8 зафиксирует число импульсов , пропорциональное ЭДС Холла ех

N2 KlK2 Г ех + инэ I KiK2 I ех + и„э -,

- ех + ех I KiK2 I Онэ - ех I + 2KiK2 lex I N2 + N2., ,/

NS. Ni - N2 + N2 KiK2 I Онэ - ex J - KiK2 I UHS - ex I + 2KiK2 ex 2KiK2 I ex I 2KiK2 ex.

При равенстве ЭДС Холла напр жению неэквипотенциальности ех на ekoA дополнительного счётчика 10 в первый такт измерени  поступает такое число импульсов , что с его выхода не поступает управл ющий сигнал на единичный триггера 7

Поэтому триггер 7 не измен ет своего состо ни  и выдает в первом такте измерени  разрешающий потенциал на элемент И 11. После поступлени  на другой вхоД элемента И 11в первом такте управл ющего сигнала блрка 9 элемент И 11 срабатывает и выдает сигнал на счетный вход триггера 12. Последний переходит в другое состо ние и выдают сигнал на управл ющий вход автоматического переключател  13.

При этом к токовому и потенциальному электродам датчика Холла 1 подключаетс  резистор 14, что приводит к изменению напр жени  неэквиг1отенциальности Онэ - инэ2/инэ2/ /ех/.

Дальнейша  работа устройства а первый и второй такты, измерени  ничем не отличаетс  от ранее описанной,

Такой режим работы будет соблюдатьс  при изменении ех до тех пор, пока направление неэквипотенциальности инэ2 не станет равным ЭДС Холла ех ех инэ2

В этом случае в первом такте измерени  срабатывает триггер 12 и измен ет состо ниа переключател  13, что приводит к отключению резистора 14 от токового и потенциального электродов датчика Холла 1, что приводит к уменьшению напр жени  неэквипотенциальности, т.е. оно станет равным первоначальному

инэ2- инэ1 « ех

Дальнейша  работа устройства ничем не отличаетс  от описанной ранее.

Результат измерени , хран щийс  в реверсивном счетчике 8 считаетс  двоично-дес тичным дешифратором 15 и цифровым индикатором 16.

Claims (1)

1. Формулаизобретени  Цифровой измеритель магнитной индукции по авт.св. Ms 1390584, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в него дополнительно введены автоматический переключатель, резистор, дополнительный счетчик, два триггера, элемент И. фазочувствительный элемент и двоично-дес тичный дешифратор , при этом управл ющий выход источника питаний соединен с управл ющим входом фазочувствительного элемента, выход которого соединен с первым входом блока управлени , счетный вход реверсивного счетчика через дополнительный счетчик подключен к единичному входу первого триггера, выход которого через первьгй элемент И и второй триггер соединен с управл ющим входом автоматического переключат1вл , первый выход которого через резистор соединен с токовым электродом датчика Холла, потенциальный электрод которого соединен с вторым выходом автоматического переключател , п тый, шестой и седьмой выходы блока управлени  соединены соответственно с управл ющим входом двоично-дес тичного дешифратора, нулевыми входами дополнительного счетчика и первого триггера, управл ющим входом первого элемента И,, выход реверсивного счетчика через двоично-дес тичный дешифратор подключен к входу цифрового индикатора, а сигнальный вход синхронного детектора соединен с сигнальным входом фазочувствительного элемента.