Устройство линеаризации выходной характеристики датчика перемещений

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (Ц16450I 6

Союз Советских

Социалистических

Республик фб фф (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01.08.77 (21) 2518308/18-10 с присоединением заявки Ие (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.01.79. Бюллетень Ио 4 (45) Дата опубликования описания 30.01.79

G0IB7 (5

Гасударственный комитет (53) УДК 531.767.53. .082.73 (088.8) оа делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения Е. П. Осадчий, Б. А. Малев, А. Н. Николаев и В. Д. Еськии

Пензенский политехнический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ЛИНЕАРИЗАЦИИ ВЫХОДНОЙ

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДАТЧИКА ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Изобретение относится к системам автоматического контроля и регулирования и может быть использовано для измерения перемещения.

В промышленности широко применяют 5 бесконтактные преобразователи перемещений, основанные на использовании эффекта Холла, содержащие интегральную схему с элементом Холла и магнитную систему с неоднородным магнитным полем (1, 10

2). Микросхема с элементом Холла расположена между полюсами магнитной систсмы. При относительном перемещении микросхемы и магнитной системы изменястся индукция магнитного поля и соответствен- 15 но выходное напряжение элемента Холла.

Выходные сигналы с элемента Холла подаются на микросхему, которая используется для их обработки и преобразования.

Наиболее близким к изобретению по тех- 20 нической сущности является преобразователь перемещений .(3), содержащий две магнитные системы в виде постоянных магнитов или электромагнитов с полюсными наконечниками и датчик Холла, располо- 25 женньвй в зазоре, причем линейность выходной характеристики достигается тем, что зазор преобразователя образован обращенными друг к другу полюсными наконечниками обеих магнитных систем. 30

Недостаток этих преобразователей состоит в их сложности, связанной с необходимостью создания магнитной системы с соответствующей конфигурацией магнитного поля, а также малый динамический диапазон линейности выходной характеристики преобразователей перемещений.

Цель изобретения — расширение динамического диапазона линеапизации выходной характеристики датчика перемещений.

Эта цель достигается тем, что в элемент

Холла введены два дополнительных электрода, смещенных относительно его измерительных электродов на величину, меньшую половины элемента Холла, при этом два одноименных вывода дополнительных и измерительных электродов соединены между собой, а два других подключены к входу усилителя, выход которого последовательно соединен с компаратором и регулятором тока.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — выходная характеристика элемента Холла.

Устройство линеаризации выходной характеристики датчиков перемещений содержит элемент Холла 1, два дополнительных электрода 2, 3, смещенных относительно измерительных электродов 4, 5, на величину

645016

45 (2) Здесь

50 д == — b

j/1 К2 (3) 55

 — Ь г1 .= .—: я.

Г1,.К2 (4) г.0

И

ЛХ(—, гдс t1 — толщина элемента Холла, двухканальный успли-.ель 6, ко !паратор 7, о !!!н Вход KQT01>G. G соединен с исто !пиком

8 эталонного напря>кения, рсгулятор 9 тока.

Устройство. р а бота ст следующим обр а зом.

При перемещении контролируемого объекта, на котором укреплена система из постоянных магнитов 10, изменяется величина магнитной индукции магнитного концентратора 11, внутри которого расположен элемент Холла. В результате изменяется выходное напряжение элемента Холла.

Линеаризация выходной характеристики датчика перемещения осуществляется путем автоматического поддержания заданной чувствительности датчика перемещений, В результате смещения дополнительных электродов 2, 3 относительно измеритель61 пых электродов 4, 5 на всличипу ЛХ— получается смещение выходныi характеристик, снимаемых с измерительных и дополнитсльных электродов элемента Холла одна относительно другой на величину ЛХ (см. фиг. 2).

Величина квантования ЛХ выбирастся из заданной величины относительной погрешности кусочно-линейной аппроксимации выходной характеристики элемента Холла.

Если Г(Х) — выходная характсристика элемента Холла, а Хо, У> — точка на кривой

F(X), то требуется выбрать вторую точку

Хь У! на кривой такую, чтобы хорда, проходящая через эти две точки, отклонялась от кривой F(X) нс более чем íà (, q. Обозначим через (, л1 точку кривой F(X), максимально удаленную от хорды, соединяюгцей точки Хл, У! и Х!!, Уо. Так как кривая

F(X) не содср>кит точки псрегиба, то касательная к кривой г, точке, q должна быть параллельна хорде. Уравненис хорды и касательной соответственно

У = КЛ + !>;

У = КХ+В.

Xi — О

В =.! )в КЕ

Расстояние ме>кду хордой (1) и касательной (2) Так как эта величина является максимальным удалением кривой Х от хорды, то

Решая это уравнение, получаем

1 8=- 1 1 + (Е (Хо))2 (r" (х,)>

Чем больше заданная погрешность аппроксимации, тем больп!с шаг квантования можст быть выбран.

C0"äèHÿÿ одноименные KOHttbt пзмерител,ttbtx и дополнительных электродов, на л!! оде измерительного и дополнительного электродов получаем разность напряжений координат характеристик, отнесенную к величине смещения указанных электродов, т. е.

10 получаем значение чувствительности S ю= " .

Эта чувствительность, предварительно уси15 лсшгая двухканальным усилителем 6, подается на компаратор 5, в котором она сравнивастся с постоянным уровнем, равным заданной чувствительности, задаваемым от эталопного источника 8.

При изменении неипформативного параметра, например температуры окружающей среды, !!змсняется напря>кение на выходных электродах элемента Холла. Это изменение

25 напрял<ения приводит к изменению угла наклона выходных характеристик, т. е. изменяется величина реальной чувствительности. В результате срав»ения нового значения реальной чувствительности с эталонным

30 уровнем чувствительности, задаваемым от эталонного 8 источника, выделяется разность папря>кеппй, которая подается на регулятор 9. Регулятор тока отрабатывает ошибку от погрешпосп! неинформативного

35 параметра, приводя таким образом к компспсации изменений напря>кений на выходных электродах элемента Холла. Это означает, что реальная чувствительность датчика перемещений ос гается постоянной во

40 вссм динами сском диапазоне, т. е. выходная характер!готика получается линейной.

Формула изобретения

Устройство липсарпзации выходной характеристики дачи!!ка г!среме!це)лий, содержащсс подвп>кпой и неподвижный магнитопроводы с источнико.л МДС, в зазорах которых установлен элсмспт Холла, подк почснный к регулятору тока, усилитель и компаратор, отл и ч а !о щ ее с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона лпнеаризации выходной характеристики датчика геремещений, в элемент Холла введены два дополнительных электрода, смещенных относительно его измерительных электродов на величину, меньшую полови-ны толщины элемента Холла, при этом два одпопмс!гпых вывода измерительных и до-!

-олнп;сльпых электродов соединены между собой, а дпа других подкл!очены к входу усилителя, выход которого последоватсл,по сосдипсп с компаратором и рсгулятором тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лгейкин Д. И. и др. Датчики контроля и регулирования. М., 1965, с. 183 †1.

6450!6

2. Авторское свидетельство СССР № 299743, кл. G 01D 5 00, 1970.

3. Кобус А., Тушинский Я. Датчики Холла и магниторезисторы. М., 1971, с. 290.

646016

У!

No х, Фиг.2

Редактор Е. Караулова

Заказ 200/7 Изд. Ха 127 Тираж 876 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель Е. Швецов

Техред А. Камышникова

Корректоры: Л, Котова и 3. Тарасова