Устройство для измерения индукции магнитного поля и температуры

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ )763823 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 19.06.78 (21) 2629536/18-21 (51) Ah. с присоединением заявки Ио (23) Приоритет

G 01 R 33/06

Государственный комитет

СССР но дедам нтобретений и о )крытий

Опубликована 15!3980 Бюллетень !!о 34

Дата опубликования описания 1509.80 (5З) ДК 621.317.44 (088.8) (72) Авторы изобретения

И.А. Болыцакова и B.Ô. Чекурин

Львовский ордена Ленина политехнический институт (71) Заявитель (> 4 } УСТРОЙС ГВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ Г!Н,Г!УК!ГИ»!

МАГГ!ИТНОРО ПОЛЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ

Устройство относится к измери— тельной технике и может быть исполь эовано для одновременного п м!.гния индукции магнитного поля и температуры, например, в магнитных системах.

Известно устройство, содержащее измерительный зонд с датчиком Холла, в котором термостатирование датчика

Холла производится путем изменения силы входного тока 11) . 10

Однако сигнал, используемый в таком устройстве для контроля температуры, зависит и от магнитного поля, что снижает точность измерений.

Кроме того, устройство не позволяет 15 измерять температуру.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее датчик Холла в теплоизолирующем корпусе, источники 20 постоянного и переменного напряжений, мост переменного тока и управляющий элемент — транзистор. В этом устройстве входная цепь датчика включена одновременно в одно из плеч 25 моста переменного тока и в цепь,состоящую из последовательно .подсоединенных источника постоянного тока и транзистора 1.21. Изменение температуры датчика приводит к изменению вход- 30 ного сопротивления его и к последующему разбалансу моста. Преобразованный сигнал раэбаланса моста поступает на базу управляющего транзистора, что приводит к изменению силы постоянногэ тока, протекающего во входной цепи датчика Холла, а следовательно, к изменению его температуры.

Однако в силу существования эффекта магнитосопротивления изменение входного сопротивления датчика Холла может быть обусловлено не только изменением температуры, но и изменением магнитного поля, т.е. в таком устройстве температура датчика Холла зависит от индукции магнитного поля, что снижает точность измерений.

Кроме того, иэ принципа работы устройства следует, что входной ток датчика содержит постоянную и переменную составляющие, причем постоянная составляющая является функцией температуры среды и магнитного поля.

В связи с этим выходной сигнал датчика Холла также содержит постоянную и переменную составляющие и зависит как от магнитного поля, так и от температуры, причем зависимость от магнитного поля становится не76

3823 где S

3 !

t линейной, что затрудняет измерение магнитного поля и температуры.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Это достигается тем, что устройство для измерения индукции магнитного поля и температуры, содержащее датчик Холла в теплоиэолирующем, кожухе и регистрирующие приборы, снабжено регулируемым источником постоянного тока, выход которого подключен к токовым, а вход — к холловским электродам датчика Холла.

Датчик Холла выполнен из полупроводникового кристалла р-типа, в котором точка температурной инверсии проводимости выше верхней границы диапазона измеряемых температур.

На фиг. 1 предстанлена функциональная схема устройства, на фиг. 2 — зависимость относительного увеличения входного сопротивления датчика Холла от индукции магнитного поля.

Устройство содержит измерительный зонд 1 с датчиком 2 Холла, выходные электроды 3, 4 которого подключены к входу регулируемого источника 5 постоянного тока. Выход последнего подключен к входным электродам 6, 7 датчика Холла, которые подключены к прибору 8 для измерения -иапряжения, причем но входную цепь датчика Холла включен прибор 9 для измерения тока.

Работа данного устройства заключается н следующем.

При подключении выхода регулируемого источника 5 постоянного тока к входным электродам 6,7 датчика 2

Холла во входной цепи датчика Холла протекает ток I > и в отсутствие магнитного поля йапряжение на выходных электродах 3, 4 датчика Холла, а следовательно, и на входе регулируемого источника постоянного тока равно нулю. При помещении измерительного зонда 1 в объем, в котором необходимо измерить магнитное поле, В и температуру Т, на выходных электродах датчика Холла появляется напряжение, величина которого может быть определена из формулы

О=" 7„(T)I„Ъ, (1) где с — толщина активной пластины датчика Холла; .

К„(7) — постоянная Холла, зависящая от температуры входной ток датчика 2 ьх

Холла,  — индукция магнитного поля.

Это напряжение поступает на вход регулируемого источника 5 постоянного тока, что приводит к увеличению входного тока датчика Холла.

Увеличение входного тока датчика

Холла приводит,во-первых, к увеличению напряжения на электродах 3,4 и на нходе регулируемого источника постоянного тока, что вызывает даль. нейшее увеличение входного тока, во-вторых, к увеличению мощности, рассеиваемой на датчике Холла,что влечет за собой повышение его температуры. Поскольку измеряемая температура всегда ниже температу- ры инверсии проводимости, то процесс увеличения температуры активной пластины датчика Холла продолжается до тех пор, пока температура активной пластины не станет равной температуре инверсии проводимости,при которой постоянная Холла равна нулю.

Напряжение на электродах 3, 4 и на входе регулируемого источника 5 пос15 тоянного тока также становится равным нулю. Изменение входного тока прекращается. В случае, если температура активной пластины датчика

2 Холла превысит температуру инверсии

2О проводимости, на выходных электродах

3,4 и на входе регулируемого источника постоянного тока появляется напряжение противоположного знака, что вызывает уменьшение входного тока датчика Холла. Уменьшение входного тока датчика Холла продолжается до тех пор, пока напряжение на электродах 3,4 и на входе регулируемого источника 5 постоянного тока не станет равным нулю, т.е. до тех пор, пока температура активной пластины датчика Холла не станет равной температуре инверсии проводимости.

Таким образом, это состояние, при котором температура активной пластины датчика Холла равна температуре инверсии проводимости, является устойчивым. Величина входного тока,при которой достигается это состояние, зависит от температуры среды.

40 За единицу времени от активной пластины датчика Холла отводится количество теплоты я=J к — dS

8 ттх Р

45 поверхность активной пластины,"

К вЂ” коэффициент теплопроводности, dT градиент температуры.

Считая расстояние от поверхности актинной пластины датчика Холла до поверхностиизмеритвльного зонда

1 достаточно малым, а также принимая, что температура на поверхности измерительного зонда совпадает с температурой среды, определяют грапиент температуры й)

Дх 4 где Т вЂ” температура активной пласо

Ф тины датчика Холла, d — расстояние от поверхности активной пластины датчика

Холла до поверхности изме65 1тельного зонда.

Учитывая, что активная пластина датчика Холла имеет форму параллелепипеда, а также считая, что градиент температуры постоянен: по поверхности пластины и определяется формулой (3), получают, что количество теплоты, отводимой со всей поверхНости пластины эа единицу времени, (4)

С другой стороны, количество выделяемой теплоты

@+= ь„ ax (5) где U> — входное напряжение датчика Холла.

В установившемся состоянии температура активной пластины датчика

Холла равна температуре инверсии проводимости, а количество отводимой теплоты равно количеству выделяемой теплоты, откуда д = о yu6 У g (6)

Температура среды оказывается линейной функцией входной мощности датчика Холла:

lb I6 (t) где g — коэффициент.

Постоянные Т и ф могут быть определены экспериментально для каждого измерительного зонда путем градуировки его. Таким образом,измеряя с помощью прибора 8 входное напряжение, а с помощью прибора 9 .входной ток датчика Холла, из формулы (7) получают значение измеряемой температуры. Вычисляя по

763823 измеренным значениям I u U б < ьх входное сопротивление датчика, по кривой на фиг.2 определяют индукцию магнитного поля.

Поскольку температура инверсии проводимости полупроводников р-типа не зависит от индукции магнитного поля, то благодаря этому исключается погрешность в измерении температуры, обусловленная магнитным полем и доУ стигается повышение точности измерения температуры.

Формула изобретения

Устройство для измерения индукции магнитного поля и температуры, содержащее датчик Холла в теплоизолирующем кожухе и регистрирующие приборы, о т л и ч а ю.щ е е с я тем, что, 20 с целью повышения точности измерений, оно снабжено регулируемым источником постоянного тока, выход которого подключен к токовым, а вход — к холловским электродам датчика Холла.

25. 2. Устройство ПО П.1р О т л и ч а ю щ. е еся тем,,что датчик

Холла выполнен в виде полупроводникового кристалла р-типа, в котором точка температурной инверсии проводимости выше верхней границы диапазона измеряемых температур.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 488168, кл. G 01 R 33/06, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 469196, кл. G 01 R 33/06, 1973.

763823

8&{8)-R8 (0) Составитель E. Данилина

Техред И.Рейвес Корректор С. Шекмар

Редактор Т; Юрчикова

Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 6274/39

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная.

Устройство для измерения индукции магнитного поля и температуры Устройство для измерения индукции магнитного поля и температуры Устройство для измерения индукции магнитного поля и температуры Устройство для измерения индукции магнитного поля и температуры 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электрических измерений, в частности к измерениям магнитной индукции

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для уменьшения систематических погрешностей абсолютных измерений индукции магнитного поля магнитометром с четырехконтактным датчиком Холла

Изобретение относится к области неразрушающего контроля нефтегазопроводов и может быть использовано для целей определения расстояния, пройденного внутритрубным снарядом-дефектоскопом

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к тонкопленочным датчикам на основе экстраординарного эффекта Холла, и может быть использовано в микроэлектронике при измерении и регистрации локальных магнитных полей и величин электрического тока, а также при разработке микроэлектронных устройств нового поколения

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, в частности к устройствам для внутритрубной диагностики

Изобретение относится к области электронных датчиков магнитного поля, а более конкретно к магниточувствительным интегральным схемам (МЧИС)
Наверх