Датчик Холла

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(57) Датчик Холла, включающий элемент Холла, холловские электроды которого соединены с входами усилителя ЭДС Холла, и источник управляющего тока, отличающийся тем, что в схему дополнительно введены сумматор токов и преобразователь модуля напряжения в ток, вход которого соединен с выходом усилителя ЭДС Холла, а выход - с первым входом сумматора токов, причем второй вход сумматора токов соединен с выходом источника управляющего тока, а токовые электроды элемента Холла подключены в выходную цепь сумматора токов.(56) 1. Хомерики Полупроводниковые преобразователи магнитного поля - элементы Холла. - М. Энергоатомиздат, 1986. 2. Каталог фирмы . . , 6120,32807 (прототип). Датчик Холла предназначен для измерения индукции магнитного поля и может найти применение в измерительной технике, например в качестве магнитометра, датчика электрического тока или напряжения,датчика перемещения и т.п. Широко известны преобразователи магнитного поля - элементы Холла 1. В современной измерительной технике преобразователи Холла и построенные с их использованием датчики Холла применяются для измерения как электрических, так и неэлектрических величин. Однако приемлемый с точки зрения относи 92 тельной погрешности диапазон измерения с использованием линейных преобразователей (датчиков) обычно ограничивается трех-, пяти-, редко десятикратным изменением входной величины из-за снижения точности измерения по мере уменьшения измеряемой величины. Известен датчик Холла 2, осуществляющий линейное преобразование изменяемой величины - индукции магнитного поля в ЭДС (электродвижущую силу) Холла, включающий элемент Холла и источник управляющего тока, причем холловские электроды элемента Холла соединены с входом усилителя ЭДС Холла. Относительная погрешность измерения, выполняемого с использованием этого датчика, как и при использовании других линейных преобразователей, зависит от измеряемой величины, и приемлемая точность измерения обеспечивается в относительно нешироком диапазоне измерения. В ряде случаев необходимо осуществить измерения в диапазоне свыше десятикратного изменения измеряемой величины и/или обеспечивать при этом сравнительно неизменную величину относительной погрешности во всем диапазоне. Известно, что наилучшими в этом смысле свойствами обладают измерительные системы с логарифмическим преобразованием измеряемой величины. Задачей предлагаемой полезной модели является создание датчика Холла, обеспечивающего измерения в широком диапазоне изменений индукции магнитного поля с сохранением относительного постоянства погрешности во всем диапазоне. Задача решается следующим образом. В схему датчика Холла, содержащую элемент Холла, холловские электроды которого соединены с входами усилителя ЭДС Холла, и включающую источник управляющего тока, дополнительно введены сумматор токов и преобразователь модуля напряжения в ток, причем вход последнего соединен с выходом усилителя ЭДС Холла, а его выход соединен с первым входом сумматора. Второй вход сумматора токов соединен с выходом источника управляющего тока. Токовые же электроды элемента Холла подключены в выходную цепь сумматора токов. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого датчика Холла. На фиг. 2 показан график выходной характеристики датчика Холла. На фиг. 3 показан график погрешностей восстановления измеряемой величины. Схема датчика Холла включает в себя элемент Холла 1, холловские электроды 2 и 3 которого соединены с входами усилителя ЭДС Холла 4. Токовые электроды 5 и 6 элемента Холла 1 подключены в выходную цепь сумматора токов 7. Выход усилителя ЭДС Холла 4 соединен со входом преобразователя модуля напряжения в ток 8. Выход преобразователя модуля напряжения в ток 8 соединен с первым входом 9 сумматора токов 7, на второй вход 10 которого подается сигнал с выхода источника управляющего тока 11. Кривая на фиг. 2 характеризует выходной сигнал рассматриваемого датчика Холла. Для сравнения на этой же фигуре приведена прямая логарифмической зависимости, где по оси абсцисс в логарифмическом масштабе отложена индукция магнитного поля, а по оси ординат - выходное напряжение в относительных величинах. Кривая, приведенная на фиг. 3,позволяет при заданной относительной погрешности восстановления измеряемой величины определить соответствующий ей диапазон изменения. На этом графике по оси абсцисс в логарифмическом масштабе отложена индукция магнитного поля, а по оси ординат - относительная погрешность датчика в относительных единицах. Схема предлагаемого датчика Холла работает следующим образом. При значении индукции магнитного поля близкой к нулю, т. е. при отсутствии входного сигнала, управляющий ток элемента Холла 1 определяется величиной тока от источника управляющего тока 11. По мере увеличения индукции возрастает ЭДС Холла, что в свою очередь приводит к увеличению напряжения на выходе усилителя ЭДС Холла 4 и сигнала на выходе преобразователя модуля напряжения в ток 8. В сумматоре токов 7 сигнал с выхода преобразователя 8 вычитается из сигнала, поданного на вход 10 от источника управляющего тока 11, в результате чего управляющий ток элемента Холла 1 уменьшается на величину тем большую, чем больше индукция магнитного поля. Преобразователь модуля напряжения в ток 8 может быть выполнен, например, в виде включенных последовательно выпрямителя и преобразователя напряжения в ток. В некотором диапазоне изменения входного сигнала характеристика вход-выход предлагаемого датчика имеет вид кривой, представленной на фиг. 2, здесь же для сравнения приведена прямая логарифмической зависимости. Близость этих зависимостей можно охарактеризовать отношением вносимых ими погрешностей восстановления измеряемой величины, показанной в виде кривой на графике фиг. 3. Руководствуясь кривой этого графика, можно для заданной относительной погрешности восстановления измеряемой величины определить соответствующий ей диапазон изменения измеряемой величины. Например, относительной погрешности 1,6 соответствует диапазон примерно от 2-х до 50 относительных единиц. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.