частоту. Коэффициент преобразования напряжения может- при достаточно большихнапряженностях магнитного поля - достигать 20%, что делает этот метод технически рациональным. Предельная частота для преобразованного сигнала определяется частотой магнитного поля. Сильное магнитное поле, пригодное для получения большого значения коэффициента преобразования, можно получить в узком зазоре магнитного сердечника из материалов, шотери в которых определяются предельным значением частоты преобразования. Отсутствие дрейфа нуля дает, как упоминалось, преимущество перед ламповыми преобразователями. Кроме того, преобразователь «а основе датчика Холла также можно с успехом использовать в усилителях постоянного тока. В Институте полупроводников Академии паук СССР [Л. 551] разработан преобразователь на основе датчика Холла, заменяющий вибрационный преобразователь в автоматических приборах. Преобразователь на основе датчика Холла имеет следующие технические данные: датчик Холла выполнен нз германия «-типа с удельным сопротивлением 8 ом-см и размерами 5x3,5x0,3 мм; входное сопротивление приблизительно 400 ом, выходное около 500 ом; магнитная цепь выполнена в виде тороида с зазором. Магнитное шоле создано напряжением 6,3 в, 50 гц. Мощность, потребляемая обмоткой, приблизительно 0,2 вт. Искажающая магнитное поле третья гармоника не превышает десятых долей процента. Коэффициент преобразования около 20%. После размещения в зазоре датчик Холла заливается эпоксидной смолой. Преобразователь имеет цилиндрическую форму диаметром 40 мм и высотой 40 мм. С целью уменьшения влияния паразитных индуктированных напряжений выводы электродов выполнены бифилярно. Верхний предел преобразуемого тока определяется допустимым перегревом датчика Холла, нижний предел - чувствительностью усилителя, которая определяется уровнем шумов на входе. Температурная погрешность показаний не превышает 0,1 % на 10° С.

В Московском энергетическом институте [Л. 526] разработаны преобразователь на основе датчика Холла и транзисторный избирательный усилитель для усиления сигнала, полученного с датчика Холла. Коэффициент преобразования равен 17%. Преобразователь позволяет преобразовывать постоянные напряжения от 6 мкв в ои-

нусоидальные. Датчик Холла изготовлен из InSb с удельным сопротивлением 0,01 ом-см и имеет размеры 10x5x0,5 мм. Магнитная индукция.в воздушном зазоре дросселя составляет примерно 2 300 гс. Входное активное сопротивление, равное 0,69 ом, не изменяется во всем диапазоне измеряемых токов и напряжений. Переменное паразитное напряжение, возникающее в датчике Холла в результате воздействия переменного поля, компенсируется с помощью катушки, помещенной в поле рассеяния дросселя. Подбирая положение катушки, компенсируют первую гармонику паразитного напряжения при отсутствии постоянного тока в датчике Холла. Избирательный усилитель настроен на частоту 50 гц и поэтому не пропускает высшие гармоники индуктированного напряжения. Недостатком вышеуказанного преобразователя является относительно большая температурная нестабильность.

Хасмар и Оупеншоу [Л. 84] описали теорию и результаты испытаний преобразователей двух видов. Они подтвердили, что преобразователь, в котором преобразуемое постоянное напряжение питает катушку намагничивания, а переменное модулирующее напряжение - датчик Холла, имеет очень маленький коэффициент преобразования (порядка 1%) и большую температурную нестабильность (поскольку с целью получения максимального выходного надряжения через датчик Холла в этом случае нужно пропускать максимально допустимый управляющий ток). Такой преобразователь, однако, может (быть использован, например, при большой частоте цреобразования, когда приходится учитывать бесполезный со всех точек зрения большой импеданс катушки намагничивания. В преобразователях другого . типа получен коэффициент преобразования, равный приблизительно 16%, паразитное напряжение, индуктированное при 100 гц, составило 8 мкв, а дрейф нуля был пренебрежимо мал. Фирма «Сименс» [Л. 300, 301] серийно выпускает преобразователь RMY11 со следующими техническими данными: активное сопротивление катушки иамагничивния 3 ом, индуктивность катушки 0,5 мгн, номинальное значение тока «атушки 35 ма, входное сопротивление пленочного датчика Холла из InSb примерно 60 ом, выходное сопротивление приблизительно 30 ом, максимальное входное напряжение датчика Холла 1,5 в, коэффициент преобразования 16%,

паразитное напряжение, индуктированное во входной цепи при 1 ООО гц и номинальном токе катушки, <±5 мкв, а в выходной цепи <±1 мкв. Магнитная цепь выполнена из двух ферритовых пластин, между которыми находится ферритовый сердечник, а на нем катушка намагничивания. На одной из пластин находится датчик Холла в виде напыленного слоя InSb толщиной около 5 мкм.

При полном управлении (наиболее сильной модуляции) датчик Холла находится в поле с индукцией порядка 2 кгс. Преобразователь помещен в магнитный экран. Внешние размеры составляют около 2,5х2,0х Х\,Ьсм.

Свойства преобразователя RMYll предопределили его использование во многих измерительных и регулирующих схемах.

16-5. ИЗМЕРЕНИЕ ДРУГИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Методы измерения силы тока и мощности с помощью датчиков Холла проверены уже на многих разработках. Кроме того, существуют отдельные публикации, описывающие опыт применения датчиков Холла для измере-• ния других электрических величин.

Калич {Л. 224] произвел теоретический анализ и провел зкопериментальные исследования установки для измерения промышленной частоты.

Выходной величиной является постоянное напряже-I ние, направление и величина которого зависят от знака разности между измеряемой и заданной частотами. Таким образом, установка может быть использована не только для измерения, но также и для регулирования, например, скорости вращения генератора.

Райдер-Смит, Гиль и Барингтон [Л. 415] разработали прибор на основе датчика Холла для непосредственного измерения при исследовании предохранителей. Этот прибор в сравнении с существовавшими до того времени имеет большую точность (выше чем 2%), лучшие частотные характеристики, требует низкого напряжения питания (порядка 1 в) и отличается большой надежностью в работе.

Измерения фазы описываются в работах [Л. 333, 608

и 667]. 262

fлава семнадцатая

ИЗМЕРЕНИЕ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Важной областью использования датчиков Холла являются измерения неэлектрических величин, а в особенности измерения геометрических величин, а также параметров механических колебаний. В вышеуказанном случае используется относительное 1перемещение датчика Холла и источника магнитного поля. Необходимо подчеркнуть, что развитие этого вида применений датчиков Холла связано прежде всего с работа!МИ Института автоматики Польской Академии наук (см., в частности, [Л. 725]). И именно поэтому, пользуясь публикацией Налэнча [Л. 725], приводим с небольшими сокращениями важнейшие работы, относящиеся к измерению угла поворота, а также к измерению механических перемещений и колебаний.

17-1. ИЗМЕРЕНИЕ УГЛА ПОВОРОТА

Если в однородном магнитном поле датчик Холла вращаете.! вокруг своей продольной оси, то напряжение Холла является правильной синусоидой.

Ввиду трудностей подключения проводов .к электродам движущегося датчика Холла выгоднее, чтобы вращалось поле, а датчик Холла был неподвижен. Для усиления этого эффекта лучше, если основная часть магнитопровода состоит из железа (рис. 17-1). Если вращающаяся часть в виде намагниченного в радиальном направлении вала N-5 повернется на угол то в

Рис. 17-1. Прибор для измерения угла поворота.

датчиках Холла .i и индуцируется напряжение Uh\ - fHSina и Uh2~Uh cos а. Датчики Холла радиально установлены в зазорах наружного магнитного ярма и смещены относительно друг друга на угол 90°. Остальные два зазора сделаны для устранения асимметрии цепи.

Модель прибора, диаметр которого составляет немногим больше 3 см, выполнена на германиевых датчиках Холла польского производства. Отсчет угла производится с точностью до 0,1°. Модель .может служить, так же как генератор функции синус - косинус, для передачи угла на расстояние в сельсин-приборах, а также как преобразователь механических угловых перемеще-ний в электрические величины. Эта третья характерная особенность ввиду малых размеров устройства может, например, служить для преобразования в электрические величины показаний приборов давления, температуры и т. п., работающих на других принципах.

К главным достоинствам этого типа преобразователей относятся: маленькие размеры «, прежде всего, бесконтактная передача информации.

17-3. ИЗМЕРЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ И ВИБРАЦИЙ

Принцип измерения смещений очень прост. Если датчик Холла механически перемещается в неоднородном магнитном поле, то напряжение Холла будет зависеть

Рис. 17-2, Магнитопроводы холловских преобразователей ме-канических перемещений и колебаний.

от величины смещения. Следовательно, вопрос состоит в нахождении таких магнитных схем, в которых эта зависимость будет линейной.

На рис. 17-2,а, б, в представлены три магнитные схемы, в которых датчик Холла перемещается в направлении х; в первой схеме он выдвигается из зазора магнита (рис. 17-2,а), во второй - перемещается в зазоре между

ферритовыми магнитами, установленными одноименными полюсами друг ж другу (рис. 17-2,6), в третьей - выдвигается из-под полюса 5 к полюсу N магнитной схемы или наоборот (рис. 17-2,в).

Как следует из рис. 17-3, на /котором показано изменение магнитной индукции в зависимости от положения датчика Холла, наибольший линейный градиент

!20 мв

80

индукции получается для схемы, показанной на зо рис. 17-2,в, но только на коротком участке смещения пластинки (порядка 1 мм). При смещениях порядка нескольких миллиметров лучше использовать схему, показанную на рис. 17-2,6, когда за- -40 висимость В{х) также имеет линейный участок, хотя и с меньшим -градиентом.

Точность линейного преобразования механических смещений в преобразователе этого типа зависит от многих параметров. Всесторонний анализ погрешностей преобразователя сделан Налэнч {R. 354]. Как следует из его анализа, можно конструировать преобразователи на основе датчиков Холла с точностью такой же, как и точность других преобразователей, т. е. не ниже чем 1,5%.

Чувствительность по напряжению (выражающаяся в вольтах на миллиметр механического смещения) является другой существенной характеристикой преобразователя.

Как следует из рис. 17-4, чувствительность по напряжению в преобразователе

-3 -г

Рис. 17-3 Зависимость напряжения Холла Uh от механического перемещения для устройств, изображенных на рис. 17-2 [Л. 354].

Г = ТгТа=-= tga

Ншкс