появляется напряжение. Эта линеаризация возможна потому, что внутреннее сопротивление R. источника эдс Холла зависит от величины индукции В, как показано на рис. 3.21(b). Это частично следует из эффекта Гаусса, являющегося результатом появления токопроводящих дорожек с каждой стороны от токовых выводов элемента Холла, из-за которых происходит короткое замыкание сторон элемента Холла.
Обычно в элементе Холла клеммы, на которых возникает напряжение, расположены не точно одна против другой. Это приводит к появлению ненулевого выходного напряжения даже в том случае, когда индукция В равна нулю. Величина этой ошибки смещения нуля, так называемой омической ошибки смещения нуля, пропорциональна значению тока I. Поэтому обычно ошибка нуля компенсируется напряжением, величина которого зависит от тока I. Если ток I равен нулю и элемент Холла помещен в переменное магнитное поле, то снова, как правило, выходное напряжение будет отлично от нуля. Переменное поле индуцирует эдс в контуре, образованном проводами, подключенными к клеммам элемента Холла, с которых снимается напряжение. Эта эдс называется индуктивной ошибкой смещения нуля. Путем скручивания проводов эту ошибку смещения нуля можно минимизировать.
Приведем в качестве примера параметры элемента Холла: материал InAs; чувствительность 60 мВ/Тл при заданном токе 100 мА; температурный коэффициент чувствительности -10-3 К-1; внутреннее сопротивление Ri=1,5 Ом при В=0 Тл, сопротивление нагрузки Ri для обеспечения линейной характеристики V(B) равно 6 Ом, нелинейность меньше 1% в диапазоне значений индукции В от 0 до 1 Тл.
Очевидно, что элемент Холла позволяет измерять статические магнитные поля без каких-либо движущихся или вращающихся деталей. Элемент Холла удобен также для высокочастотных измерений; у него широкий частотный диапазон (превышает несколько ГГц). К тому же, искажение магнитного поля, вызванное присутствием элемента Холла, очень мало. Кроме непосредственного измерения магнитных полей, элементы Холла часто применяются для измерения больших постоянных токов и в качестве токовых пробников для осциллографов. Устройство для измерения постоянных токов в проводнике содержит охватывающий этот проводник ферромагнитное кольцо с двумя разрезами, в которые помещены элементы Холла (рис. 3.22). Выходные напряжения этих двух элементов суммируются, так чтобы устранить помехи от внешних магнитных полей. Эдс Холла, появляющиеся в результате действия внешней индукции B, равны по величине, но противоположны по знаку при условии, что чувствительность обоих элементов Холла равна. Поэтому описанный метод позволяет компенсировать любые эдс Холла, вызванные внешними мешающими полями.
Рис. 3.21. (а) Линеаризация характеристики V = V(В) с помощью резистора Rr (b) Изменение внутреннего сопротивления Ri источника эдс Холла V зависимости от индукции В.
Рис. 3.22. Измерение больших постоянных токов.
3.3 Обработка сигнала
Обычно сигнал, полученный в результате измерения, должен быть подвергнут некоторой обработке, прежде чем он станет удобным для наблюдения, регистрации или управления. Этот параграф посвящен некоторым методам обработки сигнала, часто применяемым в измерительной аппаратуре. Мы будем различать линейную обработку сигнала, такую как ослабление, усиление, компенсация и т. д., и нелинейную обработку сигнала, такую как определение пикового значения, среднего или среднеквадратического значения величины сигнала. Kpotae того, мы рассмотрим также преобразование сигнала, например, взятие выборки, аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование. Преобразование осуществляет отображение непрерывного по времени и амплитуде сигнала в сигнал дискретный по времени и/или амплитуде или наоборот. Сначала мы рассмотрим некоторые виды линейной обработки сигнала.
3.3.1 Аттенюаторы
Аттенюатор применяется в том случае, когда измеряемый сигнал слишком велик для непосредственного измерения. Эта операция не должна допускать искажения сигнала и связанной с этим потери измерительной информации. Аттенюатор сдвигает входной динамический диапазон измерительной системы в сторону более высоких уровней сигнала. Аттенюатор можно реализовать в виде резисторной цепи (резистивный аттенюатор) за исключением случаев, когда приходится иметь дело с очень большими токами или высокими напряжениями и при этом рассеиваемая мощность становится слишком большой. В этом случае применяют индуктивный или емкостной аттенюаторы. Дополнительное требование, предъявляемое к таким аттенюаторам, работающим с большими токами и высокими напряжениями, состоит в том, что в этих измерительных устройствах должна осуществляться гальваническая развязка по отношению к объекту измерения (например, при выполнении измерений в высоковольтных силовых электрических кабелях). По этой причине наиболее распространенным видом индуктивных аттенюаторов являются трансформаторы. Теперь мы рассмотрим несколько типов ослабляющих цепей.
Входные аттенюаторы
Часто измеряемый сигнал проще всего ослабить непосредственно на входе измерительного прибора с использованием его входного импеданса Zi, Если, например, сигнал поступает от источника напряжения, то его можно ослабить с помощью последовательного импеданса Zs, включенного последовательно с входным импедансом. Если источником сигнала является генератор тока, то между входами включается параллельный или шунтирующий импеданс Zp. Согласно рис. 3.23 коэффициент передачи напряжения βnn в схеме с последовательным импедансом равен
Рис. 3.23. (а) Ослабление сигнала отисточника напряжения с помощью последовательного импедансаZs. (b) Ослабление сигнала от источника тока спомощью шунтирующего импедансаZp.
.
В случае ослабления токового сигнала с помощью шунтирующего импеданса Zp коэффициент передачи тока равен
.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.