Устройство для измерения индукции переменного магнитного поля

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (191SU(ii) (5D 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3763223/24-21 (22 ) 26.06. 84 (46) 15.02. 86. Бюл. Ф 6 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроизмерительных приборов (72 ) 10.П.Обоишев, А.А.Синцов, Л.Г.Синцова и С.А.Скородумов (53) 621.317.44 (088.8) (56) Афанасьев 10,В. и др. Магнитометрические преобразователи, приборы и установки, М,: "Энергия", 1972.

Авторское свидетельство СССР

Н 448404, кл. G 01 R 33/02, 1973. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМ".РЕНИЯ ИНДУКПИИ ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОГО

ПОЛЯ, содержащее последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов, преобразователь Холла, широкополосный усилитель, выход которого подключен к входам первого и второго ключей, выходы которых подключены к первому и второму входам счетно-решающего блока, первый и второй выходы которого через первый и второй управляемые блоки запоминания подключены к третьему и четвертому входам счетно-решающего блока, а третий выход счетнорешающего блока подсоединен к третьему ключу, и регистрирующий блок, при этом управпякицие входы первого и второго ключей и управляемых блоков запоминания подключены к второму выходу генератора рямоугольных импульсов непосредственно, а управляющий вход третьего ключачерез блок задержки, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены четвертый и пятый ключи, устройство задержки, управляемое устройство задержки, двухвходовый сумматор, выпрямитель и блок сравнения, причем выход первого из ключей череэ устройство задержки, а второго через управляемое устойство задержки подсоединены к первому и второму входам двухвходового сумматора, выход которого одновременно подсоединен к входу четвертого ключа и через последовательно соединенные первый выпрямитель и пятый ключ — к одному из входов блока сравнения, к другому входу которого подсоединен выход третьего ключа, выход блока сравнения одновременно, подсоединен к входам управления управляемого устройства задержки и четвертого ключа, выход которого подключен к регистрирующему блоку, а управляющий вход пятого ключа - к выходу блока з аде ржки .

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а юще е с я тем, что счетнорешающий блок выполнен в виде вто рого и третьего выпрямителей, первого и второго квадраторов, второго сумматора и блока извлечения квадратного корня, при этом второй выпрямитель и первый квадратор сое динены последовательно, третий выпрямитель и второй квадратор также соединены последовательно, входы второго и третьего выпрямителей соединены с первым и вторым входами счетно-решающего блока, выходы пер- вого и второго квадраторов соединены первым и вторым выходами счетнор еш ающе Го блока, втор ой сумматор последовательно соединен с блоком . из влечения квадр атно го корня, выход которого соединен с третьим выходом

12! 1678 счетно-решающего блока, а входы второго сумматора соединены соответственно с третьим и четвертым входами счетно — решающего блока.

Изобретение относится к электро- измерительной технике, в частности для измерений магнитной индукции переменного магнитного поля в широком диапазоне частот, и может быть использовано при точечных измерениях магнитной индукции переменного магнитно го поля, Цель изобретения - повышение точности измерений при контроле формы кривой измеряемой магнитной индукцйи.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг,2 - временные диаграммы его работы.

Первый выход генератора 1 прямо угольных импульсов через последовательно соединеннные преобразователь 2 Холла, широкополосный усилитель 3 и первый ключ 4 подсоединен к первому входу счетно-решающего блока 5. .Одновременно широкополосный усилитель 3 через второй ключ 6 подключен к второму входу счетно-решающего блока 5. Первый и второй выходы счетно-решающего блока 5 подсоединены соответственно к входам первого 7 и второго 8 управляемых блоков запоминания, а их выходы — к третьему и четвертому входам счетно-решающего блока 5.

Третий выход счетно-решающе го блока

5 через третий ключ 9 подсоединен к первому входу блока 10 сравнения.

Одновременно выход первого ключа

4 через устройство 11 задержки, а выход второго ключа 6 через управляемое устройство 12 задержки подсоединены соответственно к первому и второму входу первого двухвходо во го сумматор а 1 3 . Выход перво го сумматора 13 одновременно подсоединен к входу четвертого ключа 14 и через последовательно соединенные первый выпрямитель 15 и пятый ключ

16 - к второму входу устройства 10 сравнения. Выход блока 10 сравнения одновременно подсоединен к входам управления управляемого устройства

I2 задержки и четвертого ключа 14, выход которого подключен к регистрирующему блоку 17. Вторые входы первого и второго управляемых блоков 7 и 8 запоминания, первого и второго ключей 4 и 6 соединены со вторым выходом генератора 1 прямо угольных импульсов непосредственно, а вторые входы третьего и пятого ключей 9 и 16 — через блок 18 за5

10 держки. При этом счетно-решающий

15 блок 5 содержит второй выпрямитель

19 и первый квадратор 20, третий выпрямитель 21 и второй квадратор

22, а также второй сумматор 23 и блок 24 извлечения корня квадратного.

Таким образом, выход первого ключа 4 через второй выпрямитель 19, первый квадратор 20, первый управляемый блок 7 запоминания подсоединен к первому входу сумматора 23. Выход второго ключа 6 через третий выпрямитель 21, второй квадратор 2?, 25 второй управляемый блок 8запоминания подсоединен к второму входу второго сумматора 23. Выход второго сумматора 23 через блок 24 извлечения

30 корня квадратного подсоединен к входу третьего ключа 9.

Устройство работает следующим образом.

Преобразователь 2 Холла возбуждается прямоугольными импульсами тока (фиг. 2п), поступающими с генератора 1 прямоугольных импульсов.

Выходное напряжение преобразователя

2 Холла усиливается широкополосным усилителем 3, в течение времени дей ствия импульса тока возбуждения (от 2, до ь } с выхода преобразователя 2 Холла, на вход широкополосного усилителя 3 поступает напря» жение U определяемое полезным сигналом и напряжением индукционной наводки ьn(2 и п с1 ", х во х((1) Ц з где 0н, тд, амплитудное значение напряжения индукционной наводки; амплитудное значение напряжения Холла; частота магнитной индукХ ции; время .

В течение времени действия им» пульса тока возбуждения первый ключ

4 открыт и - выходное напряжение широкополосного усилителя 3, 0<> =

К,,U,"(Ê, - коэффициент усиления усилителя) поступает на,первый вход счетно-решающего блока 5 (фиг.23) .

Выпрямленное вторым выпрямителем

19 напряжение иг. 2 ) цедит ся в квадр ат первым кв адратором 20, т.е. преобразуется в первый выход счетно-решающего блока

5 поступает на управляемый от генератора 1 первый управляемый блок

7 запоминания. Напряжение на выходе второго выпрямителя 19 и первого квадратора 20 присутствует только в моменты времени действия импульса тока управления преобразователем

2 Холла, т.е, только в эти моменты времени выходное напряжение первого квадратора 20 пропорционально возведенному в степень "2" сигналу, равному сумме напряжений Холла и индукционных наводок. На выходе первого управляемого блока 7 запоминания присутствует напряжение

U, в течение всего периода работы генератора 1 (фиг.2 z ), Второй ключ б, управпяемий от генератора 1, в течение времени действия импульса тока возбуждения закрыт. Во время отсутствия импульса тока управления широкополосным усилителем 3 усиливается только напряжение индукционных наводок 0г U cos 27ft, поступающее с выхода преобразователя

2 Холла (фиг.2 ),Усиленное напряжение индукционных наводок U „=K,Ог через второй ключ 6 поступает на второй вход счетно-решающего блока

1211678 4

5. Выпрямленное третьим выпрямителем

21 (фиг.2е) напряжение 028=К, К 0„ ц„ возводится в квадрат вторым квадратором 22 т.е. преобразуется в г

0 8= К, К U„„щх и через второй выход счетно-решающего блока 5 поступает на управляемый от генератора 1 второй управляемяй блок 8 запоминания, Напряжение на выходе, третьего выпрямителя 21 и второго квадратора

22 присутствует только в моменты отсутствия импульса тока возбуждения преобразователя 2 Холла, т.е. только в эти моменты времени выход5

t0 ное напряжение второго квадратора

22 пропорционально возведенному в степень !2" напряжению индукционных наводок. На выходе второго бло2 ка 8 запоминания напряжение 0

28 присутствует в течение всего периода

20 генератора 1 (фиг.2 и ) . Первый управляемый блок 7 запоминания приводится в нулевое состояние передним фронтом импульса тока генератора 1, а второй управляемый блок 8 запоминания — задним фронтом. Выходные напряжения управляемых блоков 7 и

8 поступают соответственно на третий и четвертый входы счетно-решающего блока 5 (на входы второго сумматора 23) . Во втором сумматоре 23 формируется разность напряжений, поступающих на его два входа с выходов блоков запоминания 0

К К, 0„„. Из этой разности блоком

24 извлечения корня квадратного извлекается квадратный корень, в результате чего на выходе блока 24 формируется напряжение

Uq=K

6 - коэффициент передачи преобразователя Холла, пропорциональное только измеряемой магнитной индукции (фиг. 2 p).

По окончании переходного процесса к третьему выходу счетно-решающего блока 5 третьим ключом 9, управляемым от генератора 1 прямоугольных импульсов через блок 18 задержки, подключается первый вход блока 10 сравнения, Время задержки выбирается из условия С Эс„, где с„вре,мя переходного процесса; - время задержки блока 18 задержки. Блок

1211678

10 сравнения подключается на время

i, - ь„ - (фиг. 2 u ) .

Одновременно в моменты действия импульса тока управления, когда

5 первый ключ 4 открыт, переменное напряжение U через устройство 11 задержки поступает на вход первого сумматора 13. Устройство 11 задержки осуществляет э адержку напряжения U „„10 на время, равное длительности импульса тока управления (фиг.2 k ).

Это вызвано тем, что напряжение Ц . пропорциональное сумме полезного сигнала и индукционной наводке, а 15, напряжение U „, пропорциональное только напряжению индукционной наводки, присутствуют на выходе преобразователя 2 Холла и широкополосного усилителя 3 в разные моменты 20 времени. Время задержки устройства

11 задержки равно времени дли тельности импульса тока управления.

В паузу, когда ток управления преобразователя 2 Холла отсутствует, первый ключ 4 закрыт, второй ключ

6 открыт и управляемым устройством

12 задержки осуществляется задержка (сдвиг) напряжения Li,„ „.,Необходимость управляемого устройства 12 задержки объясняется следующими причинами. В связи с тем, что напряжение индукционных наводок

U (U ) сдвинуто относительно по35

2 2 . лезного сигнала на угол 1 /2, а значение U (Li ) зависит от частоты измеряемой магйитной индукции, то фазовый сдвиг (между суммарным

40 напряжением, определяемым индукционной наводкой и полезным сигналом

U t(U ), и напряжением индукционной наводки О (О ) не равен 7i/2 и зависит от частоты измеряемой магнит45 ной индукции ° Следовательно, для вычитания переменного напряжения, пропорционального индукционной наводке из суммарного переменного напряжения, должен быть обеспечен сдвиг на угол Ч . Только в этом случае может быть обеспечено уменьшение влияния индукционной наводки на результаты измерений. Но сдвиг этот, как сказано выше непостоянен.

Компенсация этого сдвига, т.е. о6 ратный сдвиг, осуществляется управляемым устройством 12 задержки и напряжение О „приходит к виду, изображенному на фиг, 2А напряжеI ние U g

Первым сумматором 13 напряжения

О ч и 0 q > суммируют ся (вычитаются)

1 и суммарное напряжение U < через первый выпрямитель 15 (фиг. 2 м ) и пятый ключ 16 поступает на второй вход блока 10 сравнения (фиг. 2 Н ) °

В том случае, если значения напряжений (фиг. 2 и фиг. 2 н ) на двух входах блока 10 отличны друг от друга (это означает, что в выходном напряжении сумматора 13 присутствует напряжение индукционных наводок) блок 10 сравнения вырабатывает сигнал, под действием которого время задержки управляемого устрой ства 12 задержки изменяется до тех пор, пока не будет обеспечено равенство входных напряжений блока 10 сравнения. Учитывая указанные требования к коэффициентам передачи выпрямителей 15, 19 и 21, устрой ствам 11 и 12 задержки, сумматору

13, равенство входных напряжений сравнивающего устройства (устройства сравнения) 10 будет тогда, когда будет выполняться равенство

arccg

Uõ гаях где t - вр емя з адержки упр авля е

33 мого устройства задержки;

ы = 2л!1 f

Только при выполнении указанных требований к устройствам 11 и 12 задержки, сумматору 13, выпрямите лям 15, 19 и 21 установившееся состояние равновесия (равенство между входными сигналами сравнивающего устройства) будет соответство вать требуемому значению угла (, Учитывая тот факт, что значение

U„ при прочих равных условиях возрастает пропорционалЬно частоте измеряемой магнитной индукции, то в случае, если измеряемая магнитная индукция имеет сложную форму кривой, для высших гармонических составляющих управляемое устройство задержки, при прочих равных условиях должно обеспечивать больший эквивалентный фазовый сдвиг, в данном случае это необходимое условие выполняется, ибо при неизменном (установившемся, по сле уравновешивания) значение времени задержки t > увеличение частоты G3 приводит к увеличению! 211678 эквивалентного фазового сдвига согласно юз

Сд

0 н max .Йу у

Равенство arctg

Я

14 max при наличии высших гармонических составляющих выполняется приближенно.

0н м

Однако при -,----- 0,3 равенство

x max выполняется с погрешностью не более (2 3) X. Таким образом, предлагаемое устройство уменьшает погрешность не менее, чем в 10 раз даже при изменении магнитной индукции при сложной форме кривой.

Равенство входных напряжений на входе сравнивающего устройства соответствует отсутствию напряжения индукционных наводок в выходном напряжении первого сумматора 13, 5 т.е. соответствует тому, что мгновенные значения выходного напряжения пропорциональны мгновенным значениям измеряемой магнитной индукции. В это время четвертый ключ 14, управ)p ляемый сигнапом, поступающим с блока

10 сравнения подключает к выходу первого сумматора 13 регистрирующий блок 17. Следовательно, на вход регистрирующего блока 17 поступает

15 напряжение, мгновенное значение которого пропорционально мгновенному значению измеряемой магнитной индукции .

1211678

ВНИИПИ Заказ б37/50 Тираж 730 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4