SU1004745A1 - Преобразователь перемещени - Google Patents

Description

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике и может -быть использовано, в частности, дл  измерени  перемещений.

Известны реостатные преобразователи перемещений, содержащие резистивный элемент и контактирующий с ним съемный элемент, при относительном перемещении которых формируетс  сигнал, пропорциональный этому перемещению 1 .

Недостатком реостатных преобразователей перемещени   вл етс  погрешность измерени , обусловленна  ступенчатым изменениемсопротивлени , при перемещении съемного элемента, и наличие трущегос  контакта, привод щего износу преобразовател  и по влению погрешности, св занной с изменением контактного сопротивлени .

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому  вл етс  преобразователь перемещени , содержащий источник посто нного магнитного пол , размещенный в нем полупроводниковый элемент с двум  торцовыми токовыми контактами и с двум  боковыми потенциальными электродами, и источник питани  посто нного тока, подключенный через резистор к указанным контактам12 .

Полупроводниковый элемент преобразовател  выполнен из германи  и представл ет собой датчик Холла, который размещаетс  перпендикул рно силовым лини м магнитного пол .

Недостатком такого преобразовател   вл етс  нестабильность ЭДС на

10 выходе датчика Холла, обусловленна  различными гальвано- и термомагнитными  влени ми, характерньми дл  датчиков этого типа, и обусловленна  этим низка  точность измерени .

15

Цель изобретени  - повышение точности преобразовател  перемещени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что преобразователь перемещени , содержащий источник посто нного магнит20 ного пол , размещенный в нем полупроводниковый элемент с двум  торцовыми токовыми контактами, и источник питани  посто нного тока, подключенный через резистор к указанным контактам,

25 снабжен емкостным зондом и фазометром, полупроводниковый элемент вьшолнен стержневым и размещен вдоль силовых линий магнитного пол , один из его токовых контактов выполнен инжекти30 рующим и образует смещенный в пр мом направлении p-n переход, емкостный зонд установлен с возможностью пере мещени  вдоль боковой поверхности стержневого полупроводникового элемента , а фазометр соединен одним входом с резистором, а вторым входом - с емкостным зондом. На фиг. 1 представлена принципиальна  схема преобразовател  переме щени  ; на фиг.. 2 - крива  распределени  поперечного потенциала V по длине L стержневого полупроводников го элемента. Преобразователь перемещени  соде |Жит источник 1 посто нного магнитно то пол , вдоль силовых линий которо ,, го размещен стержневой полупроводни ковый элемент 2, снабжённый с торцов омическим и инжектирующим контакта . ми 3. Источник 4 питани  посто нного тока подключен к полупроводниковому элементу 2 через резистор 5 в такой пол рности, чтобы образованный с поJмощью инжектирующего контакта в телб полупроводникового элемента р-п переход был смещен в пр мом направлеНИИ . У боковой поверхности полупроводникового элемента 2 размещен емкостный зонд б, присоединенный к одному из входов фазометра 7. Второй вход .фазометра 7 св зан с резистором 5. Преобразователь перемещени  рабо ает следующим образом. За счет размещени  полупроводнико вого элемента 2 в посто нном магнитном поле параллельно его силовым лини м и созданию в теле этого элемента продольного электрического пол  путем приложени  к его токовьм контактам напр жени  посто нного тока, смещающего р-п переход в полупроводниковом элементе в прймом направлении , в этом элементе образуетс  электронно-дырочна  плазма. Вследствие винтового движени  носителей зар да (электронов и дырок) при повышении напр женностей электрического и маг .нитного полей выше соответствугацих критических значений возникает эффек самовозбуждени , при котором происход т колебани  тока в теле полупроводникового элемента и колебани  электрического потенциала на его боковой поверхности, имеющие одинако вую частоту. Частота этих колебаний зависит от величин критической напр женности электрического и. магнитного полей, поперечного размера стержневого элемента 2, параметров электронно-дырочной плазмй, таких как концентраци  и подвижность носителей зар да, от удельного сопротивлени  полупроводникового материала и может принимать значени  от единиц до дес тков кГц. Колебани  тока в теле полупроводникового элемента 2 контролируютс  с помощью резистора 5, включенного в цепь источника 4 питани  последовательно с полупроводниковым элементом , а колебани  поперечного напр жени  на его боковых поверхност х снимаютс  бесконтактно - с помощью емкостного зонда б, Сигналы, снимаемые с резистора 5 и емкостного зонда б, сравниваютс  по фазе в фазометре 7. Так как сигнал , вьщел ющийс  на резисторе 5, имеет неизменную начальную фазу, котора  не зависит от положени  зонда б, а начальна  фаза колебаний напр жени , снимаемого с зонда, измен етс  в зависимости от его положени  X и определ етс  частотой колебаний и временем прохождени  винтовой волны от точки с нулевой фазой -(к которой подключен резистор, начальна  фаза колебаний в которой прин та за нулевую) до местоположени  зонда 6, то фазометр 7 измер ет разность фаз й(х) между напр жени ми, снимаемыми с резистора и зонда б. Эта разность (х)  вл етс  функцией положени  зонда. Фазометр может быть непосредственно проградуирован в единицах измер емого перемещени , диапазон перемещени  зонда определ етс  длиной стержневого полупроводникового элемента 2 и скоростью распространени  в нем винтовой волны. В общем случае диапазон измер емых перемещений и рабочий участок на кривой распределеии  поперечного потенциала V (амплитуды винтовой волны - фиг, 2) по длине L стержневого полупроводникового Элемента опре-, дел ютс  условием, согласно которому разность фаз колебаний напр жений, снимаемых с резистора 5 и зонда 6, не должна превышать 2Л. - дл  предотвращ ени  неоднозначности в отсчете показаний фазометра 7. Диапазон перемещений зависит от длины полупроводникового элемента, параметров полупроводниковой плазмы; скорости распространени  винтовой волны,Величин напр женностей электрического и магнитного полей, частоты колебаний напр жени  и тока в режиме самовозбуждени  полупроводникового элемента . Практически на образце, выполненном из германи  п-типа длиной 10 мм с удельным сопротивлением 0,45 Ом, при индукции магнитного пол  г0,ЗТ и напр женности электрического пол  20 В/см получена частота fg колебаний , равна  30 кГц, а1рабочий участок измерени  перемещений соответствует диапазону разности фаз от О до 280. За счет использовани  фазочастотного метода обработки сигналов, снимаемых с предлагаемого преобразовател , повышаетс  точность измерений перемещений и устран ютс  погрешности , вызываемые вышеуказанными гальвано-   термомагнитными эффектами в теле полупроводникового элемента.

Claims (2)

1.Электрические измерени  неэлект15 рических величин. Под ред. П.В. Но- .

вицкого. Л., Энерги  , .1975, с.259,

2.А. Кобус, Я Тувжнский. Датчики Холла и машиторезисторы. М., Энерги , 1971, с. 182-187 (прототип ).

Х