Магнитометр

 

ОП ИСАИИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски н

Социалистические

Республик (ii>918908 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51)M. Кл. (22) Заявлено 040630 (21) 2933791/18-21 с присоединением заявки № (23) Приоритет

G 01 R 33/06

1есудерстеенный кемнтет

СССР

«о лелем нзебретеннй н открытий

Опубликовано 070402. Бюллетень ¹ 13

Дата опубликования описания 0l0482 (53) УДК 621 ° 317..44 (088. 8) изико-технический институт ЛН Туркменс аявитель (54) МАГНИТОМЕТР

Изобретение относится к магнитным измерениям, а более конкретно к измерительным устройствам, использующим гальваномагнитные датчики.

Известен магнитометр, содержащий

5 последовательно соединенные гальваномагнитный датчик и усилительно-фа- зочувствительный блок,. а также измерительный прибор, генератор тока, резистор, управляемый аттенюатор $1), 1О

Однако он имеет невысокую точность измерений из-за температурной погрешности и невысокую точность компенсации. в уравновешивающей схеме прибора.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является магнитометр, содержащий гальваномагнитный датчик с двумя парами электро.дов, подключенных через коммутатор к генератору питания и к измерительному усилителю с двумя синхронными детекторами, регистрирующий прибор, два других гальваномагнитных датчика, обмотку, включенную последова тельно в цепь питания датчика, в поле которой расположена упомянутая выше пара датчиков, два трансформатора, первичные обмотки которых подключены к холловским электродам датчиков, а вторичные соединены .последовательно с входной цепью уси" лителя и двумя сглаживающими фильтрами, входы которых присоединены к синхронным детекторам, а выходы -. к токовым электродам датчика Холла, выход одного фильтра соединен с токовой цепью одного датчика, а выход другого датчика - с регистрирующим прибором через контакт коммутатора с токовой цепью другого датчика, причем входы синхронных детекторов подключены к выходу усилителя через коммутатор (2).

Однако при переключении контак-. тов коммутатора в нем появляются переходные помехи, уровень которых определяется значением напряжения

3 91890 питания датчика и временем переклю чения контактов коммутатора, à периодическое переключение цепи отрицательной обратной связи снижает помехоустойчивость усилительно-Фазочувствительного блока, снижая тем саМым точность измерения, Цель изобретения - повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается щ тем, что магнитометр, содержащий измерительный гальваномагнитный дат. чик, входными выводами подсоединен ный через резистор к первому и второму выходам генератора тока, одним выходным выводом непосредственно, а . другим через первичную обмотку трансформатора - к входам измерительного усилителя, к выходам которого непосредственно и через резистор подключены токовые электроды второго датчика, помещенного в магнитное поле обмотки, последовательно соеди.ненной с третьим выходом генератора тока, последовательно соединенные выпрямитель, фильтр и регистрирующий прибор, при этом вторые входы фильтра соединены с выходными выводами второго гальваномагнитного датчика, а вторичная обмотка трансформатора подсоединена параллельно резистору в выходной цепи измерительного усилителя, в него введен дифференциальный усилитель, к первому и второму входам которого подключены входные выводы измерительного гальваномагнитно35 го датчика, а третий вход подключен к выводу резистора в цепи питания измерительного датчика, выходы дифференциального усилителя соединены с

40 входами выпрямителя.

На чертеже изображена схема магнитометра.

Гальваномагнитный измерительный датчик 1 с входными выводами 2 и 3 включен последовательно с резистором

4Я

4 в цепь генератора 5, а холловскими выводами 6 и 7 через первичную обмотку трансформатора 8 подсоединен к усилителю 9 и резистору 10, второй датчик 11 с токовыми выводами 12 и

13, который расположен в поле обмотки 14, соединенной последовательно с генератором 5, к резистору 10 подсоединена вторичная обмотка трансформатора 8, к выходным выводам 15 и 5 .

16 датчика 11 подключена измерительная цель: фильтр 17, к его выходу подсоединена последовательная цепь где 9

Вьх

Кн„.Н.+1 выходное напряжение второге датчика 11", постоянная Холла измерительного датчика 1; постоянная Холла второго датчика 11,.

8 4 из регистрирующего прибора 18 и выпрямителя 19, причем входы выпрямителя через дифференциальный усилитель

20 соединены с резистором 4 и входными выводами 2 и 3 измерительного датчика

Устройство работает следующим образом.

М

При воздействии магнитного поля и постоянной температуре датчика

1, на выходе выпрямителя 19 отсутствует корректирующая поправка к результату измерения магнитного поля, поэтому регистрирующий прибор 18 отсчитывает только выходное напряжение второго датчика 11 0

Во втором датчике 11 изменение температуры, а следовательно, и по,грешность, вносимая температурой, сведена к минимуму по сравнению с измерительным датчиком 1, находящемся s жестких температурных условиях, что достигнуто благодаря тому, что второй датчик 11 находится в герметичном металлическом экране со значительной массой, в результате этого тепловая инерционность экрана велика и значительные температурные изменения не могут повлиять на температурный режим второго датчика 11.

В свою очередь, на резисторе 10

t образуется падение напряжения (U 1y— напряжение отрицательной обратной связи), которое через трансформатор 8 поступает на вход измерительного усилителя 9. Это напряжение через трансформатор 8 поступает .в цепь выходных выводов 6 и 7 измерительного датчика 1 и входа усилителя 9, в результате на выходе

0 последнего действует напряжение 0

После всех преобразований, выполняемых в устройстве, информационное напряжение 0> об измеряемом магнитном поле при наличии отрицательной обратной связи имеет следующий вид

Оь «@"- — " 3

t!1i

918

908 6

С вЂ” толщина пластины измери1 тельного датчика 1;

С вЂ” толщина пластины второго гЦ датчика 11; — рабочий ток, протекающий через измерительный датчик 1, создаваемый генератором тока 5; магнитное поле, создаваемое током второго выхода генератора тока 5 в обмотке 14; — измеряемое магнитное поле, коэффициент измерительного усилителя 9 при отсутствии 15 отрицательной обратной связи, 1 коэффициент обратной связи, огределяемый обратной величиной коэффициента транс- го формации, обобщенный коэффициент; сопротивление между входными выводами 12 и 13 второго датчика 11; 25

r — значение сопротивления резистора 10.

10

А

Как видно из выражения, напряже ние 0, по которому производят отсчет измеряемого магнитного поля 8, линейно с язано с воздействующим магнитным полем. С другой стороны, выполнение цепи отрицательной обратной связи на высокостабильных элемен35 тах (резистор 10.и трансформатор 8) значительно повышает точность изме-. рений.

При изменении температуры измерительного датчика 1, который может 40 находиться в жестких температурных условиях, изменяется и величина нулевого сигнала датчика. Это возмущающее воздействие не устраняется упомянутой отрицательной обратной связью.

Для исключения температурной (временной и т.д.) нестабильности нулевого сигнала имеется цепь ее коррекции. На входе дифференциального уси50 лителя 20 нарушается равенство действующих на его входы напряжений, в результате этого на выходе выпрямите( ля 19 возникает О, которое вносит поправку в конечный результат измерения 0 11, Необходимо отметить, что ве55 личина и знак корректирующей поправки определяется и подбирается только экспериментальным путем: при измерении одного известного значения магнитного поля В при разных температурах (T ) предлагаемых рабочих условий измерений. Причем подбор корректирующей поправки осуществляют регулировкой коэффициента усиления дифференциального усилителя 20 и установкой коэффициента передачи и полярности подключения выпрямителя

19. В связи с этим, температурный уход датчика 1 не вносит погрешности в результат измерений.

В данчом приборе в измерительном зонде используют 4-х электродный датчик, не требующий значительной толщ :ны, благодаря этому уменьшаются не только размеры зонда, но и устраняется необходимость дополнительного соединительного провода, связывающего датчик с входом прибора, а это особенно важно при измерениях, связанных с расположением измерительного зонда в одном месте, а самого прибора — в другом месте, установленного на значительном расстоянии. Кроме того, при проведении измерений переменных и импульсных магнитных полей отсутствует лишняя цепь паразитной наводки.

Изготовление устройства на основе магнитометра позволяет удешевить стоимость одного прибора примерно на 30/ (из-за отсутствия дополнительного гальваномагнитного датчика, генератора коммутации и самого коммутатора, синхронного детектора, фильтра и связанных с ними работ по монтажу, настройке и регулировке при их выпуске и эксплуатации). Иагнитометр обладает качественно улучшенными метрологическими характеристи» ками, а именно класс точности 0,1, рабочий температурный диапазон расширен, по крайней мере в 10 раз и диапазон измеряемых магнитных полей увеличен в 10 раз и составляет 30-40.

Кроме того, магнитометр позволяет получить информацию об измеряемой величине в виде постоянного напряжения, а это в свою очередь позволяет в качестве регистрирующего устройства использовать высокоточные цифровые вольтметры, классом точности 0,02.

Формула изобретения

Иагнитометр, содержащий измерительный гальваномагнитный датчик, 918908

Составитель Г.Змиевская

Техред M. Тепер Корректор Н.Швыдкая

Редактор Н.Гунько

Заказ 2133/30 Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, И-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 входными выводами подсоединенный через резистор к первому и второму выходам генератора тока, одним вы" ходным выводом непосредственно, а другим через первичную обмотку трансформатора - к входам измерительного усилителя, к выходам которого непосредственно и через резистор подключены токовые электроды второго датчика, помещенного в магнитное 10 поле обмотки, последовательно соединенной с третьим выходом генератора тока, последовательно соединенные выпрямитель, фильтр и регистрирующий прибор, при этом вторые 15 .входы фильтра соединены с выходными выводами второго гальваномагнитного датчика, а вторичная обмотка трансформатора подсоединена параллельно резистору в выходной цепи измеритель-2o:

I ного усилителя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введен дифференциальный усилитель, к первому и второму входам которого подключены входные выводы измерительного гальваномагнитного датчика, а третий вход подключен к выводу резистора в цепи питания измерительного датчика, выходы дифференциального усилителя соединены с входами выпрямителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I Авторское свидетельство СССР по заявке N 2698831/18-21 (172077), кл. G 01 R 33/06, 1979

2. Авторское свидетельство СССР и 487257 кл. С 01 R 33/06, 1972.