автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.05, диссертация на тему:Повышение точности измерений магнитной индукции с помощью преобразователей хо лла в широком диапазоне температур

Г б од

Ila правах рукописи

I 2 ИЮН 1997

КРАСНОВ Miixmi.ï l'piimpiiciiii'i

УДК 681.5М.72К:537.Ы 2.083.5

попмшкшш точности н'Шкркний магнитной

ИНДУКЦИИ С 1Н)М()ШТ,Н> IU'IOliPAJOÏÎAIITlrt ХОЛЛА II ШИРОКОМ ДНАНЛ JOHi; ТКМШ-ГЛТУР

С1кции:н.н1)сг1. 05.11.05 - приборы п методы ii мсрспнн

J.IL'K I рИ'ИЧкИХ II Mlllllll l'MI.IX HLVIH'IIIII

ЛИ ГО I» I; Ф Г.: Р Л г

.'шссертмщш на ажкшшс уiciiort nviwini кандидата гсхми'кхких мпук

Ошкт-ПсарОург 1997

РаГюта иынолнена н Санм-МстсрЛуркком I че^мрстпспиом техническом Ушшеренгете.

11аучный рукоиодшель: кандидат чехаических наук,

доцент С.А.Снекюр

Официальные ошюненти:

диктор технических наук, профессор А.И.Жерноной, каидида г технических наук, ст.н.с. I Ш.Яконлен

Ведущая организации: П1 "1ШИИМ им. Менделеева"

Защита состоится.................. 1ЧЧ7 I. н.......чаеои на

мседашш диссергаииониот сонета Д1К)3,.Ч8.11 н С'амкт-Пете|>Г>ургскоч | (к.лла{К'шешюм н-хннчееком ушшсрсн'и-'И' т> ад)л:су'. 145251.I.(. анкт-Псчербург, Политехническая у .т. 2У. У корп., а уд.........

С цисссрпшней можно ошакоми и.си и ф\ндамсша.1Ы1ой Оиблтпеке 1ех11Ичсскон) унинерешетл

Амторсферач ралч ши " " апрели 1ЧЧ7 |.

Ученый секретарь днечер! аниопною сонета, каидида! технических на) к

I .И Мо.нчкои

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Широкое применение преобраитап-лей Холл;« (ПХ) и научных исследоииниях, измерительной технике и промышленности обуслонлено такими их доетоннстнами, как высокий чун-стпп'гслмюсть. милые габариты н широкий диапазон рабочих темнера-lyp. Однако присущие этим иреобразоиателям систематические погрешности, нызпанные наличием напряжении иежинноптщналыюсти и . зависимостью чунстлителыюс'Ш от магнитной индукции (МИ), а также температурный дрейф этих каримстрон создают серьезные препятствия на нуга создании высокоточных средств измерении МИ и широком диапазоне темпера тур.

НмЧзходимость использовать ПХ н широком температурном диапазоне, и частжкти для исследования смойстн сложных магнитных систем. созданных на основе современных магнитных материалоп. требует решения садами снижения температурной погрешности нреоПратонате-лей и условиях ограничений на габариты измерительного зонда.

В настоящее время созданы уст|к>йстнл, н которых н той или иной степени решается задача повышения txvhiocth магнитных измерений с помощью ПХ за счет коррекции нх систематических ногрсишо стей, однако и широком диапазоне температур игл задача не решена.

Известны работы, И которых предприняты попытки использовать параметры fIX и изменение режима его питания с целью обеспечить тсрмостатирование преобразователя без использования ннешних датчиков температуры и нагренателей, однако подобные устройстиа раГмгго-способны лини» и узком диапазоне изменения измеряемой величины вследствие сложной зависимости параметр«)» ПХ как <гг МИ. так и от температуры.

Целесообразным является комплексный анализ зависимостей характеристик ПХ как от магнитной индукции, так и от температуры для разработки и исследования высокоточных мапнпхнпмери тельных устройсти с широким диапазоном рабочих температур.

Цель работы. Целью настоящей работы янляется исс.тедоианис и разработка иринцинон построения ередстн измерения маши той индукции, основанных на использовании преобразователей Холла и обеспечивающих высокую точность измерений н широком диапазоне ■температур.

Основные задачи работы. Достижение иоста пленной цели потребовало решения следующих задач:

- анализ зависимостей современных ПХ от МИ и чемпе|)атуры с точки зрения их применения дли магнитных измерений н тиражом диапазоне температур; '

- систематизация метод»» коррекции температурной погрешности преобразователей;

- исследование методом температурной стабилизации ПХ с целью определения возможности их использования при изменении МИ и широких пределах при существовании ограничений на габариты измерительного зонда;

- выбор и усовершенствование метода измерений МИ, позволяющего повысить точность -за счет исключения систиматичееких погрешностей ПХ н широком диапазоне температур;

- разработка конструкции датчика тесламетра ядерного магнитного резонанса (ЯМР) для высокотемпературной регулируемой меры магнитной индукции;

- экспериментальные исследования устройств тсмпсра1урно,й стабилизации ПХ;

- анализ метрологических характеристик и экспериментальные исследования мапштхшзмерительных систем, построенных на основе метода комнариропания

Метод|.1 исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математического анализа, метрология, теории автоматическою управления. Экспериментальные исследования проводились но мет одикам, разработанным автором.

Научная новизна. Па основании исследования зависимости характеристик ПХ от маптпюй иид>кцин и температуры разраГхшан метод термостабили'зацин ПХ, основанный на измерении входного сопротивления щхнЛразователя с учетом влияния мапшторезистишюго эффекта и регулировании температуры ПХ путем изменения тока витания. Разрабогашплй метод позволяет обеспечить стабилизацию темнерагу-ры ПХ без увеличения гаоаритон измерительного зон;(а при изменении МИ u широком диапазоне.

На основе использования метода разновременного коснснноп) сраннення (комнариронанин) разработана и исследована мапштоизме-¡»тслыши система дня исследования параметров постоянных магнитов и диапазоне rcMnepaiyp до 2Ш°С. Использование одною ПХ н качестве комнарируинцеш преобразователя дли осуществления измерений н уз*ом 3.U0¡ч: исследуемого Mai шпа и воспроизведения значений магнитной шшукцвн н зазоре раулируемой меры позволило оосспечип.

повышение точности измерений в широком диапазоне температур за счет исключения систематических погрешностей ПХ.

Разработан новый метод намерения магнитной индукции с помощью ПХ (двухкомпонентнос комнариронание). основанный на одновременном воспроизведении н шоре меры МИ значений двух физических неличин - магнитной индукции и температуры комнарирующет преобразователя, имевших место н зазоре исследуемой магнитной системы. Это достигается путем одновременного измерения значений выходного сигнала и сопротивления ПХ с последующим их воспроизведением в зазоре электромагнита (ЭМ) с помощью регулирования тока питания ЭМ и тока питания ПХ.

Практическая ценность работы и внедрение результатов. Разработанные метод термостаОилизации ПХ и метод двухкомпонептпого компариропания могут служить основой для создания высокоточных средств измерения матитной индукции, применяемых в широком диапазоне температур.

Основные результаты диссертационной работы были использованы при выполнении научно-исследовател1»ских работ на кафедре Измерительных информационных технологий СПбГТУ.

Иа основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработана магнитоизмерительная система для анализа характеристик сложных магнитных систем на основе постоянных магнитов с близкими к нулю температурными коэффициентами индукции. Разработанная аппаратура внедрена в эксплуатацию на государственном предприятии "Спсцмагниг" (г.Москва).

Апробация раГкггы. Результаты работы докладывались на 1Х-й Всесоюзной научно-технической конфсрстши по постоянным магнитам (Владимир, 1988), Российской научно-технической конференции "Инновационные технологии для России" (Санкт-Петербург, 1995), Научно-технической конференции "Диагностика, информатика, метрология, экология, безопасность^* (Санкт-Петербург, 1996).

Публикации. По результатам работы опубликовано 12 печатных раГктг, в том числе 5 статей.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Метод температурной стабилизации преобразователей Холла на основе измерения их сопротивления и |х;гулирования электрической мощности во входной цени.

2. Результаты ра!работки и исследонання магшггоизмерительной системы дли измерений магнитной индукции и широким диапазоне тем-пе|шур.

3. Метод измерении магнитной индукции с помощью нреобразо-нателей Холла (днухкомшшентное комнарироианнс), оснонанный на одновременном носпроизнедснии н регулируемой мере магнитной индукции значений выходного сигнала и сонротинления преоОразонателя.

4. Результаты экспериментальных исследований температурных характеристик элементон магнитоизмерш'сльной сиетем1.|.

Структура и обьем раГхпы. Диссертационная работа изложена ш 128 страницах машинописного текста, иллюариронана 31 рисунком и состоит из »ведения, четырех глаи, заключения, списка литературы из 95 иаименонаний и приложении на 7 страницах. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во пне,пенни показана актуальность тем1>1 диссертационной раСкь чы, дана краткая характеристика работы, сформулирована цель и остримые результаты работы.

В нерпой глане нронеден анализ характеристик ПХ с целью ом-1>еделепнн нугой повышении точности измерений МИ и ' широком, диапазоне температур. Показано, что преобладающие составляющие ос-Н01Ш0Й погрешности, вызнанные напряжением нсэкнишпинциальности Ош и зависимостью чувствительности от МИ Б(Й), являются сисгема-ипсскими. Однако исключение лих погрешностей 'затруднено необходимостью для определения адиитииной составляющей производить измерение при в=0, ч|х> не всегда но ¡можно, а для мультипликативной жеиерименталмю определять вид 'зависимости Б(В) для каждого конк|Х"1 ното нреобразона теля.

Ма основании сраннителыюго анали>а харакифНстик современных ИХ н диапазоне температур до 2Ш"С предложено использовать н|)соГ)|>из1шаа'ли из антимонида индия, характеризующиеся наивысшей ггабчлыюстыо параметров и арсенида фосфида индия, облацающие на-шшешей чунстнителыюстыо и указанном диапазоне тшсрггуц

В результате анализ,! существуй ицих методов снижении темнера-зурпой погрешности ПХ разработаны классификации методон термо-сгаПилнзацин и чемнерагурной коррекции ИХ. В результате исследовании заиисимости характеристик ПХ от температуры, рекомендовано :.ля решении задач настоящей работы применить гсрмостаОилизацию иреобра дмагеля, поскольку зависимость параметром ПХ »»г темпера-

туры при со изменении и широких пределах может иметь достаточно сложный характер, что за трудняет применение ценой коррекции.

Дли измерении МИ н условиях существования ограничений иа габариты измерительного зонда целесообразна разработка устройств термосгабилизации. использующих дли регулиропаиия температуры цепь питания преобразователя, а для получения информации о температуре - один из его параметров зависящих от температуры и легко поддающихся измерению.

В результате была утчнена постановка задачи настоящей работы. Для повышения точности измерений МИ с помощью ПХ и шир(ь ком диапазоне температур целесообразно решение следующих задач.

1. Разработка методой н среда и измерений МИ повышенной точности на основе исключения систематических погрешностей ПХ н широком диапазоне температур.

2. Исследоианнс и разработка снособои термосгабилизации ПХ на ос-поие измерения его параметров, зависящих (гг температуры, и регулирования электрической мощности, выделяющейся но входвой цепи.

3. Анализ влияния МИ на параметры ПХ. зависящие от температуры, с целью исключить илиинис магниторсзистшшого эффекта при термосгабилизации ПХ.

Во и-трой главе рассмотрены пути построения мапиггоизмери-тсльных устройств, для работы в условиях изменяющихся температур. Формализована задача измерения МИ с помощью ПХ при изменении температуры и диапазоне во+0, которая сводится к использованию модели вида:

В(в Мит-и»ЛВ <>)( 1 +«нэЛе о)(1 +ахА®)). где Л'(0о) и ¿Л|з(®<|) соответственно чувствительность и напряжение нсэхнинотсициалыпнгта ПХ при температуре 0=0 о. «я и ат - с<хгг-ветсгвующие температурные коэффициенты, А0 - разность температур 0-00. Показано, что с учетом зависимостей £/нх=/(0,0) и '"х=/(й,0) приведенная нише модель может быть представлена в виде В=Яи1К,гх). Получены аналитические выражения, представляющие собой полипомы второй (для слабых нолей) или третьей (для сильных нолей) степени для определения значений МИ но результатам измерения выходного сигнала и сопротивления ПХ при изменяющейся температуре в измерительных ус тройствах прямого преобразования.

Предложен способ термостабилизации ПХ иа основе измерения его сопротивления с учетом влияния магниторезиспншого эффекта, выражающегося и изменении сопротивления полупроводника под лей-

егвисм магнитного ноля [1(1,12]. Зависимость сопротивлении ПХ ог магнитной индукции и температуры описывается выражением:

г(В, в)=г(0,0 о)( 1+с*гА ®)(1+а(м(во)(1+ацА® )#)"), где Л0-в-0о - разность температур; ^ - значение подвижное1'" носителей заряда; аг, «ц - соответствующие температурные коэффициенты; п - показатель степени, изменяющийся в диапазоне 1...2. П'>-этому непосредственная оценка значения темнеритуры но результатам измерения сопротивлении возможна лишь в узком диапазоне изменения МИ, когда не сказывается влияние мапшторезистшшото эффекта. Сечение поверхности /-/(й,в) плоскостью, иериенднкучяриой оси в (см.рие.1) представляет собой параболу, характеризующую зависимость /-/(В) ири0«0о. Очевидно, что если, изменяя температуру ПХ,

удается обеспечить зависимость сопротивления ПХ »»г МИ в виде г-/(в), это означает, что температура преобразователи етабшшзиро-лана на уровне в -во.

Учитывая, что зависи-м»хгп> выходного сигнала ПХ т магнитной. индукции при в-в о оиисмиае'то! выражением ¿/цх-в (|)в+и,м(в о)=кй+С, зависимость сопротивлении при заданной температуре может быть представлена в виде /-ч(^пх)-Под(ч"н1ый подход позволил предложить снос»*» тсрмостнбшшза-ции ПХ, иллич-грирусмый схемой, представленной на рис.2, и состояний II) 11X, функциональною преобразователя (ФП) и устройства сравнения (УС), формирующее» сигнал Д = (/г - {/»■' - II, - ч(£/цх). Регулировать кмпс^мгуры имеет целью путем регулирования алек-■рнческой мощности но входной цени 11Х выполнении условия Д-0 или 1/>• - Справедливость последне го равенства возможна лини,

при значении температуры (9-0;). Ограничения, присущие' Н|х;дло-х.лшмму метолу и ешманные с тем, что имперачурные коэффициенты иоднмжИ! >гги и(1 и сопротивления а,- ь полупроводнике мо| уг иметь ¡чш.ьи' |Ц.\К11, '¿¡услин.шваю! пи факт, что при возрастании м,ц имщой

Рис.! Зависимость сопротивлении ПХ .и магнитной индукции 11

индукции позможно появление неоднозначности при определении значения температуры преобразователя.

Рис.2. Реализация спскойа термостабилизации ПХ на основе измерения его сопротивлении с учетом магниторезистипного эффекта.

Предложен способ приближенной оценки ограничений по значению магнитной индукции для рассматриваемого метода тсрмостабили-зации. На основании экспериментально определенных характеристик дли ПХ типа ПХЭТ6011 из антимонида индия получено значение

йшах=Ь2Тл.

УПП "Г" I

АЦП

УИТ

ЯМР

Терм(жри(хггат

УУОР «- Аннлнз принципа дсйстпия

1 __разраГкугаиной с участием

ангора на кафедре И ИТ СП6ГТУ ' магнитоизмери-тсльной системы (МИС) |2-5} показал, что использование метода компари-рования позволяет создавать на основе ПХ высокоточные измерительные устройства. МИС (рис.3) состоит из устройства управления и обработки результатов (УУОР), источника тока преобразователя (ИТП), устройства перемещения ПХ (УПП), АЦП, управляемого источника тока (УИТ) для электромагнита (ЭМ), тесламетра ЯМР н собственно ПХ.

Принцип действия МИС заключается в том, что значение выходного сигнала ПХ (У„х1) при измерении в узком зазоре ис-

ИТП

Рис.3. Магнитоизмеритсльная система

точшжа неоднородного магнитного ноля (ИЗ) запоминается к УУОР, тюле чего ПХ перемещается в затор ЭМ, где нутем регулировании т\>-ка УИТ значение МИ изменяется до тех нор, пока выходной сигнал Г1Х (0цх2) не достигнет значения, хранящегося в УУОР. Выполнение условия ¿/цх1= ипх2 означает, что значения магнитной индукции в ИЗ и заторе ЭМ равны, при этом последнее может быть с высокой тчтно-стьм измерено тесламетром ЯМР, и, следовательно, систематические погрешности ПХ не оказывают влияния на результат измерения.

Для расширения диапазона рабочих температур МИ С до 2Ш°С (верхняя граница рабочею диапазона современных ПХ) был разработан высокотемпературный прообраз) иш-

тель для тесламетра ЯМР (рис.4). В качестве рабочею вещества (3) преобразователи иеншн.юнан нефтяной битум, помещенный внутрь иысоко-1'ис.4. Конструкции выеокотсм- частхтюй катушки (1), намотанной на п :рагурною датчика ЯМР. жесткий каркас (2).

Дли обеспечения герметичности конструкции катушка помешена н зла-сшчную оболочку (4) из силиконовой резины, выдерживающей температуры до ЗШ°С.

Оценка метрологических ха|)актср>1стик МИС [2], построенной на основе метода комнариронаиии поката ia, что при условии равенства тс:..нсратур в ИЗ и «зоре ЭМ с точностью Д в - i °С максимальная иог(х:ш11ост|. измерения магнитной индукции не превышает 0,17%. н то время как н устройствах прямого преобразования при изменении рабочей температуры до 2(К)"С irixi значение может достичь 20%. Однако наряду с высокими точностными характеристиками в широком диапазоне температур разработан ik>e устройство ы^олсризустся недостатками, к числу которых следует отнести:

- необходимость в термокрностате большою обьема для размещении исследуемых магнитных систем и ЭМ с датчиком ЯМР;

- низкое быстродействие вследствие большой тепловой постоянной времени ЭМ, обладающею значительной массой;

- использование специальных конструкций нысокотсм||с|м гурных ЭМ м ч,ичигов Я Ml';

- необходимость и припиши донолшпельных мер для обеспечении равенства температур исследуемых магнитных систем и . ЭМ из-за его дополнительною иигреиа током питания, достигающим 3 А.

С целью преодоления этих недостатков были предприняты исследования но дополнительной стабилизации температуры комнари-рующего преобразования

В цх;тьсй главе рассмотрен новый метод измерении (днухком-поиентное комнари|)онание). основанный на использовании одного ком-пари рун и цеп» преобразователя для одновременного воспроизведения МИ и температуры при осуществлении магнитных измерений н широком диапазоне температур. При зтом воспроизведение МИ осуществляется. как и н МИС (см. рис.3), регулированием тока питания ЭМ, а температура ПХ и«меняется путем изменения электрической мощности, подводимой к преобразователи» щ> входной цени. В качестве ветчинка информации о температуре ПХ используется значение его входного сонротшша/ии, чп» н описываемом методе допустимо, Поскольку влияние магниторе зистишюн» зффекта ври одновременном военротведснин маши зой индукции и температуры оказывается одинаковым н зазоре ЭМ И н зазоре иесследусмых магнизных свезем. В результате совместной» рассмотрения зависимостей и 1>цх от двух факторов - МИ и температуры продемонстрирована возможность одновременного мосщюизнсдсиин дну:, фишческих величин (Н ив) но значениям двух лих нараметрои ПХ. Для лчнч> получено апалитичес-кос описания семейства кривых Д=/|(в), являющихся проекциями на плоскость О - & линий пересечении в трехмерном прострлнптю поверхности 1\~}(Н,Э) и гх-п = согы:

1*У ,_____

дли слабых нолей (/< В <(1,-15) и

в----------------- »«>

для сл)чая сильных нолей (и В j-.ii/2), где Й, - значение магнитной

2гх(0.виХ1 + <«,.(«) («„Я — Г^ГЛ,

fi--

индукции, ири достижении которого зависимость сопротивления ПХ rx=f(B) может считаться линейной; a, fi - постоянные коэффициенты. Семейство В=/2(в ) проекций на плоскость В-9 линий пересечения поверхности Ут(В.в) с плоскостями ¿/цх=^=сопМ описывается следующим выражением:

.9(0(,Х1+а,(в-0о))

Условием реализуемости метода является сущестнованис единстненно-го решения системы двух уравнений B=f\(в), B-fi(Q) и требуемом диапазоне изменения переменных В,в . Анализ с помощью графической интерпретации, представленной на рис.5, показал, что требуемых; условие выполняется, когда справедливым оказывается выражение^а 2г1(3, где Л а, ¿f> - углы между осыо В и касательными к линиям ссхугвстствсн-но В-)2(& )|(/^=const и /?=/i(0)|rx=const в точке их пересечения с этой осью (ири Дв =0).

U =const

Определенная для преобразователя тина ПХЭТ6011 верхняя граница диапазона МИ, « котором выиолияет-ся приведенное выше условие, составляет И.ЗТл, что в 1,5-2 раза превышает максимальное значение МИ в зазоре электромагнита МИС.

Разработана структурная схема устройства двухкомцонентного ком-парирования, и которой дли питания ПХ н отличие от схемы МИС используется источник импульсного тока постоянной амплитуды 1т с регулируемой скважностью импульсов, а кроме выходного сигнала ПХ измеряется также значение его входного сопротивления. Псктоянстпо амнлитуд|,| импуЛ1лов тока позволяет обеспечит!, неизменную чувстнителыюсть ПХ и течение всего цикла измерений, что принципиально необходимо для исключения систематических погрешностей ПХ при осуществлении комнарирования.

Рис.5. К вопросу <> реализуемости метода диухкомнонепт-ном комнарирования

Разработан алгоритм двухкомжшенттчхз компарироианнм, котор«.»« представляет собой итерационную процедуру уравновешивания значений выходного сигнала ПХ и его сопротивления с заранее заданными значениями. С учетом динамических характеристик ПХ определена последовательность изменения влияющих факторов (МИ и температуры) при уравновешивании.

В результате анализа тепловых процессов, происходящих в ПХ при нагревании его собстиенным током, получены соотношения, связывающие временные параметры устройспи регулирования темиера-чуры системы дпухкомпоненпюго комиарирования с допустимой нестабильностью температуры ПХ. Период импульсов тока (Гц), питающего ПХ, при заданной максимальной нестабильности температуры ПХ в установившемся режиме (Л0) и известной тенлоной шшнииой времени нреобразокттеля (тх) определяется выражением

Ти s 2тх In

Автм + Ш A®max "»в'

где АО тих - разность между чгмнературой окружающей среды и температурой ПХ при питании его постоянным током амплитудой /,п. Показано, что реализация предлагаемого метода обеспечивает высокие метрологические характеристики устройства (погрешность измерения не превышает 0,1%) н условиях, когда применение МИС лишено смысла из-за нсидентичиоети температурных условий комиарирующеш преобразователя в Н|х)цессе измерения. Повьииение быстродействия но сравнению с МИС обусловлено изменением структурной схемы, kiv торос состоит н том, что применяемый в составе меры магнитной индукции ЭМ находится за пределами термокрностата, и тем самым исключайте зачраты измени на eixi на1рснанис. Такое (хлненне позволило повысить надежность устройства, откашвшись irr сиециалены*. Высок(Г1емне|)ач'уриых датчиков ЯМР, недолговечны?; из-ia потери рабочим веществом (битумом; легких фракций вследствие их иеп^х'ннч

И четвертой главе рассмотрены ншцхн:!.! синтеза нришцшшшь-ж»А схемы устройства дну.чкомтчмтюго комнарироиання, а также при не дсп 1,1 результаты экспериментальных нссслсдошншй чарактгри-стнк отдельных уш>н расе мот ¡х-ниых выше усчройеш. Па основе анализ;! и шеечных способна включения ИХ и измерительную цепь и с учеюм ocofieinuieivB il|4VMf »жеиного метода ,13МС|К1ШЙ ра ip«if* лани нринциннатыын схема jciixificina имщл'.сиот питании ИХ со стабилизацией ноатщнала на одном из кмкочных з.икцхдои. Гакое «ключе-

иис преобразователи позволяет производить измерение ш.годного сигнала ПХ fil сп» сопротивления) без использования дифференциальных усилителей отиостельпо общей точки цени. а также дает нозмож-ность осуществлять коррекцию адиитивной погрешности измерительного капала, нроизнодя измерение иапрях<ения на выходе ПХ в отсуг-стние имиул1>са тка питания.

Рассмотрены вопросы проектирования устройства управления измерительными каналами комнарирующеп» преобразователя: обоснованы принципы синхронизации управляющих сигналов, определен период следования импульсов запуска АЦП. произведена оценка требуемой |»азрид1!ости кода для управления длительностью импульсов -тка пита-пия Г1Х, указаны требования к параметрам уст|»ойства выборки-хранения в виде ограничений на дли тельность рабочих тактов.

Исследование характеристик отдельных элементов МИС показало, «ritt тепловая постоянная времени измерительного зонда с Г1Х не. превышает КЮмс, в то время как тепловая постоянная времени ЭМ, применяемого и мере магнитной индукции, составляет в зависимости irr условий нагрева 1+1,5 часа, а перегрев ЭМ. вызванный током питания, может достигать 20°С. Тем самым подтиерждена целесообразность применения метода измерений, не требующей» изменения и стабилизации темпера туры ЭМ.

Основные результаты раГкгты

1. Разработан способ термостабилизации преобразователей Холла, основанный ва совместном учете зависимостей параметров ПХ от магнитной индукции и темперазуры, позволяющий не увеличивать габариты измерительного зонда, поскольку ПХ совмещает функции и датчика температуры и нагревателя. Учет мапнпирсзиспишого эффекта даег возможность производить измерения при стабилизированной температуре преобразователя и широком диапазоне изменения магнитной идукции. Приведены н виде предельных значений магнитной индукции ограничения но применению указанной» метода термосгаби-лизации, а также предложен способ определения этих ограничений в завис11М1Ч.ти от характерис тик применяемого преобразователя.

2. Исследованы принцип действия и структурная схема Marmnxv измерительной системы, построенной на основе метода разновременного косвенного сравнения. Проанализированы особенности высокотемпературной меры магнитной индукции, состоящей из управляемого источника тока, электромагнита и тесламетра ЯМР, снабженного сне-

цнально разработанным дагчиком, работоспособным и диапазоне температур до 2(К)°С.

Анализ составляющих и расчет погрешностей МИ С показали, что за счет исключения сисгемазических погрешностей комнарирую-щею преобразователя обеспечиваю!*:»! высокие метрологические характеристики усгройетна. Погрешность измерения магнитной индукции, которая обусловлена главным образом темнс|шурной нестабильностью параметров ПХ, приведенная к началу диапазона, не превышает ±0,17% при изменении измеряемой величины от 50 до 5()()мТл в дианаюне температур до 200°С.

3. Предложен новый компенсационный метод измерения магнитной индукции в широком диапазоне температур (двухкомнонентное ком-парирование), основанный на одновременном иоспроизисдевии двух физических неличин - магнитной вндукции и температуры с помощью одного комнарнрующего преобразователя. Для осуществления этою метода одновременно с выходным сигналом ПХ требуется измерять его входное сопротивление с последующим воспроизведением этих •двух параметров в мерс магнитной индукции, причем изменение магнитной индукции осуществляется регулированием тока ЭМ, а изменение темнералуры ПХ - регулированием скшжиости импульсов тока питания преобразователя.

Теоретически обоснована возможность применения для даннош метода существующих ПХ, исходи из учета xa|iaKi\|)a зависимостей их параметров от температуры. Определены 1раницы диапазона мапптт-1ЮЙ индукции (йф > 1,ЗТл), в кото|>ом может быть реализован предложенный метод. Применение метода обеспечивает высокие метрологические характеристики устройства (погрешность измерения не превышает 0,1%) и условиях, когда погрешность при использовании других методов измерения может достигать 2(1%.

Повышение быстродействия и надежности уст|Х1йсгва двух компонентного комнарирования по сравнению с МИС обусловлено изменением аруктурной схемы, которое состоит в том, что применяемый в составе меры магнитной индукции ЭМ находится при постоянной (комнатой) температуре, что дает возможность исключить эачраты В|кмсни на ею ирогрсв и отказаться от использования сложных в изготовлении и недолшвечных высокошмнеразурных преобразователей Я Ml1.

Основные результаты диссертации опубликованы » следующих

работах:

1. Снсктор С.А.. Сидорин Ю.С., Красно» М.Г. Мера для метрологического обеспечения измерений магнитной индукции в широком диапазоне тсмпсратур.//Тсз.докл.Всссо|оз. науч.-техн. конф. "ПроОлсмы метрологического обеспечения научных исследований и учебного процесса в ВУЗах".-Л.. 1984,- С.161-162.

2. СнекторС.А., Сидорин Ю.С., Ингинен А.Я., Краснов М.Г. Метрологические характеристики мапштоизмерителыюй системы МИС-1.-Труды ЛПИ. 1985, №407, С. 7(1-72.

3. Ингииен А.Я., Краснов М.Г., КуркииА.Г., Сидорин Ю.С., Снсктор С. А. Аппаратура для измерения параметров магнитов в широком диапазоне тсмнератур.//Тсз. докл.9-й Всесоюз.науч.-тсхн.конф. по постоянным магнитам, Владимир, 1988, С.32-33.

4. СнекторС.А., Сидорин Ю.С., Ингинен А.Я., Краснов М.Г. Система измерения магнитной индукции.//Тсз.докл.УИ1-й Всесоюз.коиф. по постоянным магнитам. Информ.сС>."Приборы, средства автоматизации и системы управлсния.-ТС-12. вын.2, 3, 4, М„ 1985, С.73.

5. Снсктор С.А., Сидорин Ю.С., Ингинен А.Я„ Краснов М.Г., Куркин А.Г. Мапштоизмсритсльная система МИС-1 -"Элсктроника-б()\/ЛГсз.докл. III Всссоюз.конф. "Методы и средства измерения параметров магнитного ноля". Л., 1985, С. 87-88.

6. Снсктор С.А., Сидорин Ю.С., Ингинен А.Я., Краснов М.Г., Куркин А.Г. Применение микроЭВМ для автоматизации и повышения точности магнитометрических исслсдовапий.//Тсз.докл.науч.-тсхн. конф.'Применснис вычислительной техники и математических методов в научных исследованиях", Киев, 1986, С. 45-47.

7. Краснов М.Г., Сидорин Ю.С., Снсктор С. А. Автоматическая мера магнитной индукции на принципе адерного магнитного резонанса.-Труды ЛПИ. 1986, №414, С. ,

8. Снсктор С.А., Сидорин Ю.С., Куркин А.Г., Краснов М.Г. Датчик ядерного магнитного резонанса.-Техника электрических и магнитных измерений: Межвуз.сб.. Омск, 1989.-С.45-48.

9. Снсктор С.А., Сидорин Ю.С.Краснов М.Г. Автоматический тесламстр ядерного магнитного резонанса.//При(5оры и системы управлении. -1989.-№1.- С. 13-14.

К). Краснов М.Г. Термостабилизация преобразователя Холла при изменении магнитной индукции и температуры в широких ирсделах.//Тсз.

докл.Риссийск.науч.-тсхн.кинф/Иипонационпыс технологии для Рос-сии."-СГ1а, 1995.- С.67.

11. Красном М.Г. Повышение точности измерений м;п нитной индукции

и широком диапазоне температур с помощью преобразователей Холла. //Приборы и системы упранлення,- 1996.- №2,- С.39-41.

12. Красно» М.Г., Куркип А.Г. Уменьшение температурной погрешности термостабилизиронанного преобразователя Холла при измерении магнитной индукции п широком диаиа зоне.//Тсч. докл. науч.-техн. коиф." Диагностика, информатика, метроло!им, экология, бсзопасность-96". СПб, 1996, С. 158-159.