Устройство для получения заданных значений постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к эталонным источникам тока. Цель изобретения - упрощение конструкции устройства и повышение точности воспроизведения заданных значений постоянного тока. В устройстве для управления регулируемым источником 1 тока использованы лишь две следящие системы, одна из которых, а именно блоки 4,6,7-9,11., 13 и 15, представляют собой преобраff зователь магнитной индукции в частоту . В данном случае из полного поля , воздействующего на магниточувствительный датчик, вьщеляется только его часть, обусловленная током, протекающим через соответствующую катушку магнитной индукции, и стабилизируется именно это поле. Напряжение для управления регулируемым источником 1 тока формируется из низкочас- TOTHbix сигналов на частоте модуляции генератора 15, .амплитуда и фаза которых несут информацию об изменениях магнитного поля в катушках 2 и 3. Так как частота управляемого генератора 7 примерно на порядок меньше частоты опорного генератора 6, во столько же раз снижены требования к стабильности частоты генератора 7. Благодаря введению в устройство суммирующего усилителя 16 исключены погрешности воспроизведения тока, связанные со статической ошибкой преобразователей магнитной индукции в частоту. 1 ил. SS, ш со ю Ob СХ)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (И) (51) 4 G 05. Р 1/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21.) 4022857/24-07 (22) 14. 02. 86 (46) 07. 08. 87. Бюл. 1) 29 (71) Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе .(72) Е.В,Блинов, П.П.Кулешов, А.Е.Шилов и В.Я.Шифрин (53) 621 ° 316.722 ° 1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

-314261, кл. Н Oi S 1/00, 1967.

Авторское свидетельство СССР

Р 752276, кл. С 05 Р 3/08, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАДАНHbK ЗНАЧЕНИЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к эталонным источникам тока. Цель изобретения— упрощение конструкции устройства и повышение точности воспроизведения заданных значений постоянного тока.

В устройстве для управления регулируемым источником 1 тока использованы лишь две следящие системы, одна из которых, а именно блоки 4,6,7-9,11, 13 и 15, представляют собой преобраэователь магнитной индукции в частоту. В данном случае из полного поля, воздействующего на магниточувствительный датчик, выделяется только его часть, обусловленная током, протекающим через соответствующую катушку магнитной индукции, и стабилизируется именно это поле. Напряжение для управления регулируемым источником 1 тока формируется из низкочас- тотных сигналов на частоте модуляций генератора 15, амплитуда и фаза которых несут информацию об изменениях магнитного поля в катушках 2 и 3.

Так как частота управляемого генератора 7 примерно на порядок меньше частоты опорного генератора 6, во столько же раз снижены требования к стабильности частоты генератора 7.

Благодаря введению в устройство суммирующего усилителя 16 исключены погрешности воспроизведения тока, связанные со статической ошибкой преобразователей магнитной индукции в частоту. 1 ил.

132 .Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при реализации эталонных средств измерения силы тока и магнитной индукции.

Целью изобретения является упрощение устройства и повьппение точности воспроизведения заданных значений постоянного тока.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для получения заданных значений постоянного тока.

Устройство содержит регулируемый источник 1 тока, первую 2 и вторую 3 идентичные катушки магнитной индукции с векторами индукции, направленными соответственно встречно и согласно по отношению к вектору индукции внешнего магнитного поля, первый 4 и второй 5 идентичные квантовые магниточувствительные датчики, размещенные внутри катушек 2 и 3 магнитной индукции, опорный б и управляемый 7 генераторы, смеситель 8, фильтры 9 и 10 соответственно разностной и суммарной частот, первый 11 и второй 12 узкополосные усилители, первый 13 и второй 14 синхронные детекторы, генератор 15 модуляции и суммирующий усилитель 1б. Регулируемый источник 1 тока имеет нагрузку 17. Катушки 2 и

3 магнитной индукции включены встречно-последовательно в выходную цепь регулируемого источника 1 тока. Узкополосный усилитель 11, синхронный детектор 13 и управляемый генератор 7 подключены последовательно к выходу магниточувствительного датчика 4.

Вход узкополосного усилителя 12 соединен с выходом магниточувствительного датчика 5. Выход генератора 15 модуляции подключен к соответствующим входам синхронного детектора 13 и управляемого генератора 7. Входы смесителя 8 соединены с выходами управляемого ? и опорного 6 генераторов, а выходы через фильтры 9 и 10 разностной и суммарной частот соответственно — с входами магниточувствительных датчиков 4 и 5, Входы суммирующего усилителя 1б поцключены к выходам узкополосных усилителей 11 и 12, а выход — к одному . из входов синхронного детектора 14, другой вход которого соединен с выходом генератора 15 модуляции, а выход с управляющим входом регулируемого источни8801 ка 1 тока. Совокупность блоков 4, б, 7-9, 11, 13 и !5 представляет собой преобразователь магнитной индукции в частоту.

Регулируемый источник 1 тока служит для питания катушек 2 и 3 магнитной индукции. Благодаря идентичности катушек 2 и 3 и встречно-последовательному их включению ток создает внутри рабочих объемов этих катушек два одинаковых по модулю и противоположно направленных магнитных поля, модуль индукции В которых определяк ется в соответствии с формулой

Вк К ь где К вЂ” коэффициент преобразования тока в магнитную индукцию, определяемый геометрическими

20 размерами катушек 2 и 3 и числом витков;

I — величина тока, протекающего через катушки 2 и 3, Магнитные поля, векторно складываясь с внешним полем помехи В„, создают в рабочих объемах катушек 2 и. 3 результирующие поля, значения магнитных индукций которых при условии, что В „ » В„, равны соответственно

Зо В H q и В к+ Вп (здесь Mozeo np бречь влиянием перпендикулярной составляющей вектора индукции внешнего магнитного поля В„, которая может быть сделана достаточно малой соот; ветствующим расположением катушек 2

35 и 3 в пространстве) .

Частоты магнитного резонанса атомов, являющихся рабочим веществом магниточувствительных датчиков 4 и 5, равны

;„= (в, — в„); где — гйромагнитное отношение атомов; и> — частота магнитного резонанса

0 атомов в датчике 4;

ы, — частота магнитного резонанса атомов в датчике 5.

При воздействии на магниточувстви50 тельные датчики 4 и 5, помещенные внутрь катушек 2 и 3 магнитной индукции, создающих поля с индукцией

В к — Вп и В к + В„1aстотномoДyли рованных напряжений с частотами не55 сущеи ы и и ьз ы на выхо о дах датчиков 4 и 5 появляются напряжения на частоте модуляции, амплитуды и фазы которых зависят от величины и знака расстройки

1328801 ь| и 2 ог

При нулевой расстройке амплитуда сигнала равна нулю. Напряжение с частотами ы, и ы формируется в смесителе 8 из напряжений опорного 6 и управляемого 7 генераторов. Частота опорного генератора 6 определяет значение стабилизируемого тока. Эта частота неизменная для заданного значе — 10 ния тока I,. и равна ы,„= KI,. Частота управляемого генератора 7 ы ч изменяется при вариациях магнитного поля. Фильтры 9 и 10 выделяют частоты

4 3 чг

15 2 3 + " г которые близки к частотам магнитного резонанса ы „ и у, .

С помощью системы автоподстройки, включающей в себя узкополосный усили- 20 тель 11, синхронный детектор 13 и генератор 15 модуляции, частота уп— равляемого генератора 7 постоянно подстраивается так, чтобы удовлетворять условию ам„= О, т.е.

25 „,= (В„- В, + KI,.).

Величина расстройки с)ы = ы — о,,при этом равна ли = 2у(КТ; — В„) .

Величина расстройки du) не зависит от величины внешнего магнитного поля 30 помехи, причем, если ток в катушках

2 и 3 равен заданному значению

1 ю то KI — В = 0 и сигнал на выходе датчика 5 отсутствует.

При отклонении тока I от заданного g5 значения I. Йй О и на выходе датчика 5 возникает напряжение на частоте модуляции. Это напряжение усиливается узкополосным усилителем 12 и подается на один из входов суммирующего 40 усилителя 16. На другой вход суммиру-. ющего усилителя 16 подается сигнал с выхода узкополосного усилителя 11.

Напряжение на выходе усилителя 11, входящего в состав системы автопод- 45 стройки частоты, должно поддерживаться равным нулю системой автоподстройки. Реально на выходе усилителя 11 имеется остаточное напряжение, обусловленное статической ошибкой системы 50 автоподстройки. Для исключения влияния статической ошибки следящей системы на точность воспроизведения и стабилизации тока это напряжение необходимо учитывать. Причем, если остаточное напряжение на выходе узкополосного усилителя 11, обусловленное изменением тока в катушках 2 и 3 и, следовательно, изменением В, имеет ту же фазу, что И напряжение на выходе узкополосного усилителя 12, то при изменении значения В„ фазы этих напряжений сдвинуты на 180 о. Поэтому в суммирующем усилителе 16 сигналы, обусловленные изменением В„, складываются, а сигналы, связанные с изменением В, вычитаются.

В синхронном детекторе 14 из суммарного низкочастотного напряжения формируется постоянное напряжение, которое подается в управляемый источник 1 тока для поддержания заданного значения тока I; = const.

Таким образом, для выработки сигнала ошибки, управляющего регулируемым источником 1 тока, достаточно одного преобразователя магнитной индукции в частоту, причем в предлагаемом техническом решении требования к нему существенно снижены. Частота управляемого генератора 7 определяется лишь величиной внешнего магнитного поля, а диапазон перестройки — вариациями этого поля. Коэффициент регулирования системы автоподстройки генератора 7 может быть выбран достаточно малым (около 100), поскольку статическая ошибка преобразователя магнитной индукции в частоту не сказывается на величине стабилизируемого тока за счет сложения низкочастотных сигналов, связанных с этой ошибкой, в суммирующем усилителе 16. Все это упрощает устройство для получения заданных значений постоянного тока в целом и позволяет повысить точность воспроизведения и стабилизации постоянного тока.

Устройство работает следующим образом.

Значение тока I„ I s s s (i

1, 2, 3, ..., и? заданных значений предварительно устанавливают грубо на регулируемом источнике 1 тока. Частота опорного генератора б при этом устанавливается равной (d,„= g KI, Частота управляемого генератора 7 ц ч, выбирается близкой к частоте магнитного резонанса атомов рабочего вещества во внешнем магнитном поле, При этом частоты м, = ы аг — чг и ш О + ю г, образуемые в смесителе 8 и выделяемые фильтрами 9 и 10, сказываются близкими к частотам магнитного резонанса для атомов в магниточувствительных датчиках 4 и 5, размещенных в катушках 2 и 3 магнитной индукции. При модуляции частоты

ы „ управляемого генератора 7 с низ— кой частотой Я, определяемой генератором 15 модуляции, на выходах датчиков 4 и 5 появляются низкочастотные сигналы с частотой модуляции. Зти сигналы усиливаются с помощью узкополосных усилителей 11 и 12 и складываются в суммирующем усилителе 16, Сигнал с узкополосного усилителя 11 поступает, кроме того, на синхронный детектор 13, где преобразуется в постоянное напряжение, служащее для управления частотой управляемого генератора 7. Таким образом, частота управляемого генератора 7 изменяется в соответствии с изменением внешнего магнитного поля. Сигнал с выхода суммир тющего усилителя 16 поступает на синхронный детектор 14, где преобра— зуется в постоянное напряжение, служащее для управления регулируемым источником 1 тока и, как следствие, для стабилизации тока I.

В известном устройстве напряжение для управления регулируемым источником 1 тока формируется иэ высокочастотных сигналов, частоты которых несут информацию Об абсолютном эь ачении и изменениях i-гагнитного поля в катушках 2 и 3. Такой принцип требует создания трех з ямкнутых следящих систем — цепи стабилизации: окя.

10

f5

30 ким, поскольку остаточное напряжение на выходе узкополосного усилителя 11, связанное со статической ошибкой системы автоподстройки, учитывается в суммирующем усилителе 16 и не влияет в дальнейшем на величину тока в катушках 2 и 3.

Если в известных устройствах аналогичного назначения имеет место стабилизация полного поля, воздействуюшего на магниточувствительный датчик, то предлагаемое устройство позволяет выделить из полного поля только ту его часть, которая обусловлена током, протекающим через катушку- магнитной индукции, и стабилизировать именно это поле. Полное поле, воздействующее на магниточувствительный датчик, при этом может изменяться эя счет вариаций внешнего магнитного поля.

Таким образом, изобретение позволяет уменьшить число замкнутых следящих систем„ снизить требования к их параметрам и, следовательно, упростить конструкцию устройства для получения заданных значений постоянного токя>. Кроме того, исключаются погрешности воспроизведения и стабилизации тока, сьязанные со статической Ошибкой преобразователей магнитной индуктПИИ В ЧЯСТО ТУ, 28801 б ния в петле автоподстройки его частоты может быть выбран достаточно ниэи внутри нее двух стпедящих си -ем в преобразователях . магнитной индукции в частоту. При этом высокие требования к стабильности и Bc",проиэводимости тока накладь.вяют жесткие требования на следящие си;темты преобра-зователей.

В предлагаемом устройсзве напряже-ние для управления регулируемым источником 1 тока формируется "B низкочастотных сигналов на частоте .модуляции, амплитуда и фаза которых н;-=.сет информацию об изме:- е:ни*-.х магнитногс поля в катушках 2 и 3, Пр,: это.-. Ока-зывается возможным сократить числ:, следящих систем до двух и резко снизить требования к управляемому г=-.:ератору 7 и системе BB ::.îïàäñòðoéêè

его чястОты В преоорязовят =-ле --:ягьu!=ной индукции в частоту, Тяк кяк частота управляемого генератора 7 пр..:-мерно на порядок меньше чястоть: о Орного генератора 6, Во столько же pa=: .снижаются требовани — к стабильности частоты управляемого генератора 7.

Кроме того, коэффицие.;-;:т регулировя.—

Формула изобретения

Устрсйство для получения заданных значений постоянного тока, содержащее регулируеж тй источник токаq в Выход ную цепь которо-.о включены встречногоследовательно первая и вторая идент;-очные катушки: магнитной индукции с

Векторами индукции. Направленными соответственно встречно и согласно по отношению к вектору индукции внешнего мягнитнсго поля, первый и второй

ИПЕНТИЧНЫЕ КВЯНТОВЫЕ МЯГНИТОЧУBCTBH тельные цатчики,>àçìåùåííûå Внутри

Одноименных катушек магнитной индукции, первый узкополосный усилитель, первый синхронный цетектор и управляемый тенсрято-.:., по ключенные последовятельно к выхОду первОГО мягниточувствительного датчика, второй узкополосный y=.:-::.ëèòåïü., Bxo.z которого соединен с выходом второго магниточувствительного датчика генератор моцуляции, выхоп, которого подключен соответствующим вхоцям первого синхрон o:-с детектора т управляемого

Составитель Л.Морозов

Техред М. Ходанич

Корректор И. Муска

Редактор О. Головач

Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3488/50

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 1328801 8 генератора, второй синхронный детек- разностной и суммарной частот сооттор, опорный генератор, о т л и ч а- ветственно — с входами первого и втою щ е е с я тем, что, с целью упро- рого магниточувствительных датчиков, щения устройства и повьппения точности входы суммирующего усилителя подклю.5 воспроизведения заданных значении . чены к выходам узкополосных усилитепостоянного тока, в него введены сме- лей, а выход к одному из входов вто,ситель, фильтры разностной и суммар- рого синхронного детектора, другой ной частот и суммирующий усилитель, вход которого соединен с выходом ге. причем входы смесителя соединены с 1О нератора модуляции, а выход с управвыходами управляемого и опорного ге- ляющим входом регулируемого источника нераторов, а выходы через фильтры тока.