CS203541B1

CS203541B1 - Wiring the Wheatstone Bridge with Hall Probe

Info

Publication number: CS203541B1
Application number: CS738078A
Authority: CS
Inventors: Karel Pavlik
Original assignee: Karel Pavlik
Priority date: 1978-11-13
Filing date: 1978-11-13
Publication date: 1981-03-31

Description

Vynález řeší zapojení Wheatstoneova můstku s Hallovou sondou.The invention solves the connection of a Wheatstone bridge with a Hall probe.

Pro měření magnetického pole se jako čidla nejčastěji používá Hallova sonda. Tato sonda má velké výhody — může mít velmi malé rozměry, je citlivá a pomocné elektrické obvody mohou být velmi jednoduché. Nehomogenitu magnetického pole lze měřit Hallovou sondou v zapojení s kompenzátorem, v němž rozdíl napětí kompenzátoru Hallovy sondy se měří citlivým mikrovoltmetrem. Pro měření nehomogenity pole s relativním rozlišením lepším jak 10⁵ by napájecí zdroje při tomto zapojení musely mít relativní stabilitu proudu lepší jak 10⁶. Splnit tento požadadavek však prakticky není možné. S výhodou se k tomuto účelu proto používá mostové zapojení s možností kompenzace Hallova napětí. Tato metoda je například popsána v Elektrotechnickém časopise, 1974, č. 4, s. 323—331. Měřicí obvod je zapojen do Thomsonova můstku a je vhodný pro měření malých časových a prostorových změn magnetické indukce s citlivostí řádu 10 μΊ na úrovni 5 až 10 T. Zapojení Thomsonova můstku je však složitější, vyžaduje dva regulační členy můstku. Pro měření vysoce homogenních polí není citlivost 10 μ\7 dostačující.The most commonly used sensors for measuring magnetic fields are the Hall probe. This probe has great advantages - it can be very small in size, sensitive and the auxiliary circuitry can be very simple. Inhomogeneity of the magnetic field can be measured by a Hall probe in connection with a compensator, in which the voltage difference of the Hall probe compensator is measured by a sensitive microvoltmeter. To measure field inhomogeneity with a relative resolution of better than ¹⁰⁵ , the power supplies in this connection would have to have a relative current stability of better than 10 ⁶ . However, it is practically impossible to meet this requirement. Therefore, a bridge circuit with the possibility of Hall voltage compensation is preferably used for this purpose. This method is described, for example, in the Electrotechnical Journal, 1974, No. 4, pp. 323-331. The measuring circuit is connected to a Thomson bridge and is suitable for measuring small temporal and spatial changes of magnetic induction with a sensitivity of the order of 10 μΊ at the level of 5 to 10 T. A sensitivity of 10 μ \ 7 is not sufficient to measure highly homogeneous fields.

Uvedené nevýhody odstraňuje a možnosti popsané metody zvyšuje zapojení podle vynálezu. Jeho podstatou je, že měřicí obvod s Hallovou sondou je zapojen do Wheatstoneova můstku. První větev můstku tvoří Hallova sonda v sérii s pomocným odporem, druhou větev dělič napětí z proměnného odporu a konstantního odporu spojený s prvním napěfově vyšším Hallovým vývodem. Měřič napětí v první diagonále můstku je spojen s druhým napěťově nižším Hallovým vývodem. Proudový vývod Hallovy sondy v druhé diagonále můstku je spojen se zdrojem proudu, přičemž pomocný odpor má ohmickou hodnotu nejméně o řád větší než je ohmická hodnota Hallovy sondy.These disadvantages are eliminated and the method according to the invention increases the possibilities of the described method. Its essence is that the Hall probe measuring circuit is connected to the Wheatstone bridge. The first branch of the bridge consists of a Hall probe in series with an auxiliary resistor, the second branch a voltage divider from a variable resistor and a constant resistor connected to the first voltage-higher Hall terminal. The voltage meter in the first diagonal of the bridge is connected to the second voltage lower Hall terminal. The current probe of the Hall probe in the second diagonal of the bridge is connected to a current source, the auxiliary resistor having an ohmic value at least one order greater than the ohmic value of the Hall probe.

Hlavní předností zapojení podle vynálezu je, že můstek je jednoduchý má velkou citlivost a je teplotně stabilní.The main advantage of the circuitry according to the invention is that the bridge is simple, has a high sensitivity and is thermally stable.

Podstata vynálezu je patrná ze zapojení na přiloženém výkrese.The principle of the invention can be seen from the connection in the attached drawing.

Hallova sonda 1 je reprezentovaná třemi odpory 2, 3, 4 a je zapojena do série pomocí měděného přívodu — odporu 9 s pomocným odporem 10. Jednu větev tvoří řada odporů 2, 3, 4, 9, 10. Druhou větev tvoří proměnný odpor 11 a odpor 12 o konstantní hodnotě. Můstek se vyváží nastavením velikosti odporu 11.Hall probe 1 is represented by three resistors 2, 3, 4 and is connected in series by means of a copper lead - resistor 9 with an auxiliary resistor 10. One branch is formed by a series of resistors 2, 3, 4, 9, 10. a constant value resistor 12. The bridge is balanced by setting the resistance value 11.

RRRR

Z hlediska elektrického obvodu Hallova sonda 1 protékaná budicím proudem v magnetickém poli pracuje jako dělič napětí složený z odporů 2, 3, 4. Dělič má dva Hallovy vývody 6, 7, jejichž napětí jsou na různých úrovních. Úrovně těchto napětí se mění s hodnotou měřeného pole. Jestliže můstek se sondou v magnetickém poli o indukci B je vyvážen, pak napětí na diagonále můstku je nulové U_D = 0. Změna indukce B o diferenci Δ B způsobí změnu napětí vývodů a na můstku se objeví napětí U_D, které je mírou měřené diference Δ B.In terms of electrical circuit, the Hall probe 1 flowing through the excitation current in the magnetic field operates as a voltage divider consisting of resistors 2, 3, 4. The divider has two Hall pins 6, 7 whose voltages are at different levels. The levels of these voltages vary with the measured field value. If the bridge with the probe in the magnetic field with induction B is balanced, then the voltage on the diagonal of the bridge is zero U _D = 0. Changing the induction B by the difference Δ B will change the terminal voltage and the voltage U _D , which is a measure Δ B.

Teplotní závislost citlivosti a odporu Hallovy sondy 1 a odporu měděného přívodu k sondě 9 je podstatně větší než teplotní závislost manganinových přesných odporů 10, 11, 12 ostatních článků můstku. Z teoretického rozboru celého měřicího obvodu vyplývá, že citlivost a teplotní stabilita můstku vzroste, jestliže o velikostech odporů 2, 3, 4, 9, 10 platí, že pomocný odpor 10 je nejméně o řád větší než součet odporů 3, 4, 9. Jestliže je tato podmínka splněna, pak napětí na první dia4 gonále můstku U_D je prakticky rovno změně Hallova napětí Δ U._H a můstek je teplotně stabilní.The temperature dependence of the sensitivity and resistance of the Hall probe 1 and the resistance of the copper lead to the probe 9 is substantially greater than the temperature dependence of the manganese precision resistors 10, 11, 12 of the other bridge elements. The theoretical analysis of the whole measuring circuit implies that the sensitivity and thermal stability of the bridge will increase if the resistances 2, 3, 4, 9, 10 show that the auxiliary resistor 10 is at least one order of magnitude greater than the sum of the resistances 3, 4, 9. this condition is met, then the voltage at the first dia4 of the bridge U _D is practically equal to the change in the Hall voltage napětí U. _H and the bridge is temperature stable.

Realizaci měřicího obvodu je nutno věnovat péči úměrnou nárokům na něj kladeným. Pro vysoce citlivá měření je nutno, aby obvod splňoval tyto podmínky.The realization of the measuring circuit must be taken care of in proportion to the demands placed on it. For highly sensitive measurements, the circuit must meet these conditions.

Sonda musí být kvalitní, musí mít vysokou citlivost a malou závislost parametrů na teplotě a teplota prvků měřicího obvodu musí být konstantní s nestabilitou řádu ΙΟ'³ κThe probe must be of good quality, must have high sensitivity and low dependence of parameters on temperature and temperature of the measuring circuit elements must be constant with instability of the order ΙΟ ' ³ κ

Přístroj pro měření napětí na první diagonále můstku U_D musí být mikrovoltmetr se schopností rozlišit napětí 0,1 μ\ΐ.The voltage measuring instrument on the first diagonal of the bridge U _D shall be a microvoltmeter capable of resolving voltage of 0,1 μ \ ΐ.

Jsou-li tyto podmínky splněny, pak pomocí měřicího obvodu zapojeného podle vynálezu lze měřit v magnetickém poli o indukci rádu jednotek Tesla změnu indukce Δ B = 1.10'⁶T.If these conditions are met, the change in induction Δ B = 1.10 ' ⁶ T can be measured in the magnetic field with the order of Tesla units by means of a measuring circuit connected according to the invention.

Obvod se používá pro velmi citlivá měření nehomogenity magnetického pole.The circuit is used for very sensitive measurements of magnetic field inhomogeneity.

PŘEDMĚTSUBJECT

Claims

SUBJECT

Wheatstone bridge connection with Hall probe characterized in that the first bridge branch consists of a Hall probe (1J in series with an auxiliary resistor (10), a second branch a voltage divider from a variable resistor (11) and a constant resistor (12J connected to the first voltage higher Hall) 6), wherein the voltage meter (13) in the first

OF THE INVENTION the bridge diagonal is connected to a second voltage lower Hall terminal (7), while the Hall probe current terminal (1J) in the second bridge diagonal is connected to a current source (14), the auxiliary resistor (10) having an ohmic value of at least one order greater than the ohmic value of the Hall probe (1).

1 sheet of drawings

Severography, n. P., Plant 7, Most