Компенсационный магнитометр холла
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВй ЕТЕЛЬСТВУ
Сееоз Советских
Социалистических
- Веслублик 1691790 (61) Дополмительиое к авт. саид-ву(22) Заявлемо 0808.77 (21) 2516131/18-21 с прмсоедимемием эаяеки М— (23) Приоритет
Р1) М. Кл.
G 0l R 33/02
G 01 R 33/06
Государственмы4 комптет
СССР по делам пзобретепн4 и открнтн4 (53) УДК 821.317..44(088.8) Опубликоаамо 15,1079 Ьюллетемь М 38
Дата о убликовамия опмсамия 15.1079 (72) Авторы
ИЗОбрЕтЕИИ я Н, A . Âîðî íèí, И . A. Êóëèê, Л . I" Oðà Hñê èé и A . И . Ох римско (71) Заявитель
Специальное конструкторско-технологическое бюро
Донецкого физико-технического института AH УСС (54) КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МАГНИТОМЕТР ХОЛЛА
Изобретение относится к области измерения магнитных полей, в частности сильных магнитных полей сверх проводящих соленоидов.
Существуют различные способы и устройства для линеаризации и стабилизации характеристик датчиков Холла. Известны устройства для измерения магнитной индукции, содержащие .датчик
Холла с регулирующими резисторами в цепи питания, источник питания, создающий ток через датчик, измерительную схему пороговые элементы, под» ключенные к выходу измерительной схемы, и управляемые этими элементами 15 ключи, коммутирующие резисторы на выходе датчика так, что в процессе измерений автоматически корректируется крутизна характеристики преобразования (1). 20
К недостаткам устройства следует отнести неудачно выбранный метод регулирования чувствительности преобразования путем шунтирования питаю- щей цепи, датчика, что вносит дополнительную существенную погрешность ввиду нескомпенсированного влияния изменякщегося магнитосопротивления датчика . 30
Наиболее близким устройством является линейный магнитометр Холла, содержащий датчик Холла, источник, его питания, компенсационный потенциометр и регулирующие компенсирующее напряжение резисторы, подключенные ме>хду источником опорного напряжения и потенциометром и связанные с движком потенциометра, подключенные через нуль- индикатор к потенциаль" ным электродам датчика Холла (2).
Недостатком этог0 устройства является воэможность удовлетворительной линеаризации только в редком случае, когда характеристика датчика следует тому же закону, что и напряжение на выход компенсационного потенциометра. В то же время серийно выпускаемые датчики Холла (даже оцной серии) имеют большой разброс и различный, произвольный закон изменения. Например, характеристика датчика может иметь несколько чередующихся участков идеальной линейности и резко выраженной нелинейности. Поскольку, как показали расчеты; характеристика компенсационного потенциометра с корректирукщйми резисторами имеет плавный, монотонный, квадратичный
691790 вы ф, ш О Ео w
О1 Вы ах 1
40 где m - число ступеней дискретной линеаризации; и — порядковый номер ступени;
Вщц - верхний предел измеряемого антоля;
Я; „— крутизна характеристики датчика на первом и и-м участках линеаризации; 50 опорное йапряжение; коэффициент передачи делителя при введении единицы старшего разряда делителя (,а„= 0,1);
R выходное сопротивление делителя.
На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема компенсационного магнитометра Холла, а на фиг. 2 схема компенсационнрго делителя. 60
Компенсационный магнитометр Холла содержит источник 1 опорного напряжения (Eo) декадный тетрадно- десятичный резистивный компенсационный делитель 2 опорного напряжения, из- 65 вид,на участках,где характеристика датчика строго линейна,этот потенциометр будет вносить значительную погрешность. Кроме того применяемый компенсационный потенциометр с плавной линеаризацией характеристик преобразования обладает сложной настройкой и регулировкой,что затрудняет эксплуатацию таких магнитометров при смене датчиков Холла. Наконец, непос— тоянство выходного сопротивления потенциометра также вносит свою погрешность в показания измерительного прибора в процессе компенсации.
Целью изобретения является повышение точности и разрешающей способности магнитометра путем многоступенчатой дискретной линеаризации характеристики преобразования.
Для этого н компенсационном магнитометре Холла, содержащем датчик
Холла, источник опорного напряжения, компенсационный потенциометр, нульиндикатор и связанные с переключающим элементом потенциометра регулирующие резисторы, компенсационный потенциометр выполнен н виде декадного 2." тетрадно- десятичного реэистинного делителя опорного напряжения, собранного на переключателях по числу декад, и с регулирующими резисторами набранными по числу ступеней диск- 30 ретной линеаризации и подключенными посредством контактов снободного поля переключателя старшей декады параллельно выходу делителя, а сопротивления .этих резисторов опреде- 35 лены по формуле мерительный .прибор 3 (нуль- индикатор), датчик Холла 4, переключающий элемент 5 компенсационного делителя и регулируюшие резисторы 6. Комп исационный делитель 2 питается от источника 1 опорного напряжения Е,>.
Напряжение с выхода делителя 2 используется для компенсации 31(C датчика Холла. В зависимости от положения переключающего элемента 5 к выходу делителя 2 подключается один иэ шунтирующих (регулирующих) резисторов 6, количество которых соотнетстнует числу делений старших разрядов делителя 2. Источник опорного напряжения 1 подключен ко входу делителя 2, а выход этого делителя, шунтиронанный регулирующими резис торами 6, соединен с последовательно включенными нуль- индикатором 3 и потенциальной целью датчика 4 ° Компенсационный делитель содержит декады делителя 7...11, декадные резисторы 12...15, поля галетного переключателя старшей декады 16...20 и регулирующие резисторы 21...30.
Устройство работает следующим образом.
При помещении в измеряемое поле датчика 4, через электроды которого течет постоянный ток возбуждения, напряжение, возникающее на потенциальных электродах датчика, вызовет отклонение стрелки прибора 3 от нулевого деления. Переключая (вручную или автоматически) делитель 2 и связанные с делителем через ключевые элементы 5 регулирующие резисторы 6, добиваются полной компенсации выходного напряжения датчика 4 (стрелка прибора устанавливается на нулевую отметку). При этом автоматически производится коррекция нелинейности выходной характеристики преобразования в соответствии с характером нелинейности датчика Холла.
В компенсационном магнитометре
Холла применен пятидекадный тетрадно- десятичный резистинный делитель с постоянным выходным сопротивлением, обеспечивающий до 10 градаций. Если этот делитель применить в магнитометре с линейным датчиком Холла, относительная точность измерения составит 0,1 mT. При нелинейности,преобразонания 10% во всем диапазоне нелинейность с помощью такого делителя может быть уменьшена до 1%, если при достижении и(дедукции определенной величины подключить параллельно выходу делителя дополнительный регулирующий резистор, увеличивающий (или уменьшакщий) напряжение компенсационного делителя и тем самым компенсирующий увеличение (или уменьшение) крутизны характеристики датчика. Величина скор- ректированного напряжения на выходе.
691790 делителя для каждого участка линеаризонанной характеристики определяется но формуле где Uk — компенсирулцее выходное напряжение делителя)
R — резистор, включенный параллельно выходу делителя
R — выходное сопротивление не выл шунтированного делителя, не зависящее от U< и постоянное во нсем дйапазоне
Eo - опорное (делимое) напряжение 15 компенсации; ,а — коэффициент передачи делителя.
Из формулы видно, что Ux можно изменять, меняя Вш. Согласйо предложенному решению R> нужно менять по закону
> вы х иъ Е И?
Yg
+q ??? ax где m — число ступеней дискретной линеаризации; 30
 — верхний предел измеряемого мсхх поля; у 1- — крутизна характеристики
??1
? t датчика на пернсм и m участках линеаризации l 35 коэффициент передачи дели1 тел я при введен ной единице разряда делителя, соотнетствующей первой ступени линеариэации; 40
n — порядковый номер ступени линеаризации.
Практически удобно иметь ряд резисторов с сопротивлением, рассчитанным для соответствующего участка 45 (с учетом величины . ) по приведенной Формуле.
Такое выполнение заявляемого магнитометра обеспечивает получение следующего положительного эффекта.
Обеспечивается возможность линеаризации характеристик, изменяющихся по любому закону с точностью, определяемой дробью, где д — погрешm ность нелинеаризованного датчика, 55
m — число ступеней дискретизации.
Повышается точность линеаризации и измерений, например, до 1в при исходной нелинейности датчика в 10% и 10 участках дискретизации характе- Щ ристики.
Вез изменения параметров основных элементов схемы обеспечивается быстрая настройка и наладка магнитометра н случае замены датчика Холла дат- ф5 чиком с любым пронзвольньм законом изменения характеристики (в том числе с чередованием уча.".тков линейности и нелинейности) — достаточно произвести расчет по нышеприведенной формуле для В,л регулирукщих резисторон и их замену в магнитометре.
Данный компенсационный магнитометр Холла позволяет решить задачу измерения полей н широком диапазоне, и том числе и ". âåðõnðoâoäÿùèõ соленоидов с высокой для практики точностью и простыми средствами.
Формула изобретения
Компенсационный маrнитометр Холла, содержащий датчик Холла, источник опорного напряжения, компенсационный потенциометр, нуль- индикатор и связанные с переключающим элементом потенциометра регулирующие резисторы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и разрешающей способности магнитометра путем . многоступенчатой дискретной линеаризации характеристики преобразования, н нем компенсационный потенциометр выполнен н виде декадного тетрадно- десятичного резнстинного делителя опорного напрях<ення, собранного на переключателях по числу декад, и с регулирующими резисторами, набранньии по числу ступеней дискретной линеариэации и подключенными посредством контактов снободного поля переключателя старшей декады параллельно выходу делителя, а сопротивления этих резисторов определены по Формуле вых
R Е9m х ?
4 1 л ьОх где m — число ступеней дискретной линеаризации1
n — порядковый номер ступени;
 — верхний предел измеряемого
h Š— опорное напряжение; о - коэффициент передачи делителя при введении единицы старшего разряда дели- (й 0 1)„.  — выходное сопротивление ьь х делителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.: Авторское свидетельство СССР 9 458791, G 01 R 33/06, 1971. 2. Авторское свидетельство СССР М 431475? G 01 R 33/06? 1971 ° Ер Составитель Е.Данилйна Редактор Л. Гольфман Техред Н,Бабурка Еоррект Н. С Ректор Н.Стец Закаэ 620&/36 Тираж 1090 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий . 113035, Москва, Ж-35, Раушская На5.,ä.4/5 *,, Филиал ППП Патент г.ужгород,. ул.Проектная,4
