利用巨磁电阻测量电流的方法技术

一种利用巨磁电阻测量电流的方法，包括：将待测导线形成一电流可调的待测电流回路；巨磁电阻型电压传感器与待测导线之间有一固定距离Ｄ，将巨磁电阻型电压传感器形成一测量回路；逐步改变被测电流Ｉ，同时对应记录测量回路中的输出电压Ｖ↓［０］，Ｉ与Ｖ↓［０］呈线性关系，经拟合后的拟合电压Ｕ与被测电流Ｉ满足公式：Ｕ＝ＫＩ－Ｑ，上述距离Ｄ以及被测的电流是交流或直流固定时，Ｋ、Ｑ是常数；不断改变Ｄ，重复上述过程求得多种使用条件下的相对应的Ｋ、Ｑ常数，制成输出电压～被测电流关系的对照工具；使用时由测得的输出电压再根据输出电压～被测电流关系的对照工具即可测出被测电流。本发明专利技术具有使用便捷、安全，测量精度高的效果。

Method of measuring current by means of giant magnetoresistance

Includes a method by measuring the current giant magnetoresistance: the test wire to form the measured current loop current adjustable; giant magneto resistance type voltage sensor and measured with a fixed distance D between conductors, the colossal magneto resistance type voltage sensor to form a loop; gradually change the measured current I. At the same time, the corresponding record down, V output voltage measurement circuit 0, a linear relationship between I and V: 0, by fitting voltage U after fitting with the measured current I satisfies the equation: U = KI - Q, the distance D and the measured current is AC or DC, fixed, K Q is a constant; the changing of D, corresponding to the K Q constant, repeat the above process calculate various conditions of use, the control tool made to the measured current output voltage relationship; when used by the output voltage measured again According to the output voltage to be measured current relationship control tool, you can detect the current measured. The invention has the advantages of convenient use, safety and high measuring accuracy.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量电流的方法，尤其是指一种适用于工业设备中测量大电流的。
技术介绍
传统的测量电流的电流表是釆用霍尔元件，直接在电线上测量电流，这种测量方式不够便捷、安全，测量的电流精度不高，测量仪器本身的体积较大，制造成本高，尤其在大型工业设备中测量大电流时，更体现其上述的缺点。目前，巨磁电阻的技术已被应用到有关领域中使用。例，应用巨磁电P且效应制成的硬盘已经缩小到了一张邮票的大小，但是它的存储能力却提高了 50倍。釆用巨磁电阻制造的产品具有小型化，廉价化等优点。磁电阻效应是指在一定磁场下磁性金属和合金材料的电阻值会发生变化，所谓巨磁电阻效应，是指磁性金属和合金材料的器件在极弱的磁场变化时可以造成明显的电阻值变化，变化的幅度比通常磁性金属与合金材料的磁电阻数值高IO余倍，从而该器件可以成为读取磁性介质内所存储的数据并将其转化为电流信号的理想工具。关于巨磁电阻的结构参见图1，图1为巨磁电阻器件的结构原理图。巨磁电阻器件由4个相同材料且阻值严格相等(阻值设为R)的巨磁电阻R1-R4接成直流电桥结构，如图所示。其中R4和R2有坡莫合金层屏蔽层，其阻值不随外界磁场变化，而R1和R3阻值是随外界磁场的变化而变化的巨磁电阻，巨磁电阻器件具有工作电压端V+和V-以及具有输出端Vout和G。若将工作电压端V十和V-间开路，将输出端Vout和G之间作为待测器件电阻的两端，那么Rl和R4的串联电阻阻值为R+R+AR1=2R+AR1，其中R为与磁场无关的原单个电阻的阻值，而AR1为存在的外磁场B的强度变化时，单个巨磁电阻R1的电阻改变量。同样，此时R2和R3的串联电阻值为R3+R2 =2R+AR3,而厶R3为存在外磁场变化时，单个巨磁电阻R3的电阻改变量，由于R1和R3是由相同材料且阻值严格相等的材料制成，因此ARl-AR3-AR=R(B)-R。这样，Vout和0间的总电阻(R总)=R+AR/2。其中AR-R(B)-R，而R是固定的值，R(B)分别为随外磁场B的强度变化有关的Rl、 R3的电阻值。由此可知，由于R是固定的，所以只需测量出巨磁电阻器件的总电阻(R总)便可求得外磁场B的强度。此类巨磁电阻器件具有如下特点磁电阻率AR/R与对外磁场的响应呈线性关系，频率特性好；低饱和场，工作磁场小；电阻随磁场变化迅速,搡作磁通小，灵敏度高；利用层间转动磁化过程能有效地抑制Barkhausen噪声，信噪比高。因此，利用巨磁电阻技术测量电流是业内发展趋势。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服传统的接触式测量电流的方法所存在的缺点，提供一种测量电流时具有便捷、安全，测量精度高的。本专利技术的目的是这样实现的一种，包括第一步骤，将被测电流的待测导线连接一直流/交流电源、直流/交流电流表、变阻器，形成一电流可调的待测电流回路；第二步骤，巨磁电阻型电压传感器与待测导线有一固定距离d,将巨磁电阻型电压传感器的工作电压端连接一工作电源，巨磁电阻型电压传感器的输出端连接一电压表，形成一测量回路；第三步骤，确定待测电流回路中是交流电或是直流电，用变阻器逐步改变待测电流回路中的被测电流I，同时在测量回路中测出巨磁电阻型电压传感器的输出电压Vo， I与Vo呈线性关系，该线性关系经拟合后的拟合电压为U，拟合电压U与被测电流I满足以下公式u = k i画g当巨磁电阻型电压传感器与待测导线之间的距离d固定以及被测电流是交流电还是直流电确定时，k、 q是常数；第四步骤，改变第二步骤中的巨磁电阻型电压传感器与待测导线的固定距离d的值，重复上述第一到第三步骤，将会得到对应改变距离d后的k、 q值;第五步骤，如此重复上述第一到第四步骤，求得多种使用条件下的相对应的k、 q常数，做成输出电压~被测电流关系的对照工具；4第六步骤，使用时由测量回路中的电压表上测得的输出电压再根据输出电压~被测电流关系的对照工具即可测出待测导线中的被测电流。本专利技术的效果本专利技术的由于是采用巨磁电阻器件测量电流，因此具有便捷、安全，测量精度高，灵敏度高，信噪比高的优点，特别适用于作为工业设备中测量大电流的方法。本专利技术具有较大的使用及商业价值。为进一步说明本专利技术的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本专利技术进行详细说明。附图说明图l为巨磁电阻器件的结构原理图；图2为本专利技术中的电原理图；图3为本专利技术中巨磁电阻型电压传感器与被测电流的待测导线之间的位置关系图4本专利技术利用巨磁电阻测量电流的第一实施例所示的输出的拟合电压与被测电流的关系图5本专利技术利用巨磁电阻测量电流的第二实施例所示的输出的拟合电压与被测电流的关系图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的的具体实施方式进行详细说明。本专利技术的参见图2，图2为本专利技术中的电原理本专利技术中是采用巨磁电阻器件制成的电压传感器，即巨磁电阻型电压传感器(GMR) 10,巨磁电阻型电压传感器10是利用巨磁电阻器件随被测电流引起外磁场强度的弱小变化时其电阻值产生明显变化，从而通过测量出巨磁电阻器件的总电阻(R总)便可求得外磁场B的强度的特点，根据该外磁场B的强度求得电流值并将之转化为电压信号体现出来的一种传感器部件。包括将被测电流的待测导线40连接一直流/交流电源50、电流表60 (直流/交20流)、变阻器(本实施例采用5欧姆滑动电阻)70，形成一电流可调的待测电流 回路。将巨磁电阻型电压传感器IO接近待测导线40，两者距离设为D，巨磁电 阻型电压传感器10本身具有感应外磁场变化的敏感轴(P-P')，在使用时，被 测电流的待测导线40与该敏感轴始终垂直(参见图3),以保证测量精度。将 巨磁电阻型电压传感器10的工作电压端连接一工作电源30，巨磁电阻型电压 传感器10的输出端连接一电压表20,形成一测量回路。本专利技术采用的第一实施例是待测电流回路中的直流/交流电源50提供直流 电源，待测导线40与巨磁电阻.型电压传感器10距离D为O.lOmm时，逐步改 变待测电流回路中的变阻器70的电阻，在电流表60中可以读出待测导线40 中的变化的电流Ii，同时，由于待测导线40中的电流变化将会使周围形成的磁 场发生变化，巨磁电阻型电压传感器10将此变化信号在测量回路的电压表20 中用电压信号Voi (以下称实际输出电压)读出，经多点测试，待测导线40中 的电流h的变化与巨磁电阻型电压传感器lO的测得的实际输出电压Voi成线性 关系，如图4所示，图4中的圆点是待测导线40中的电流h的变化与巨磁电 阻型电压传感器10的测得的实际输出电压V。i的变化的关系，直线是被测电流 Ii与巨磁电阻型电压传感器10的实际输出电压Voi线性关系通过EXCEL拟合后 的拟合电压Ui与Ii的关系。图4的数据可用表1列出。表l:被测电流Ii(A)实际输出电压Vol (mV)拟合电压Ui (mV)0-3. 22-3.91470. 07-2.8-3.21720.158-2.21-2.340340. 246-1.56-1.463490. 335-O. 76-0.576670. 4240.140.3101490.5121.031.1870030.61.922.0638580. 6872. 822.9307490. 7763. 643.8175680. 8654. 484.70438760. 9525. 435. 5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用巨磁电阻测量电流的方法，其特征在于包括：　第一步骤，将被测电流的待测导线连接一直流／交流电源、直流／交流电流表、变阻器，形成一电流可调的待测电流回路；　第二步骤，巨磁电阻型电压传感器与待测导线之间有一固定距离Ｄ，将巨磁电 阻型电压传感器的工作电压端连接一工作电源，巨磁电阻型电压传感器的输出端连接一电压表，形成一测量回路；　第三步骤，确定待测电流回路中是交流电或是直流电，用变阻器逐步改变待测电流回路中的被测电流Ｉ，同时在测量回路中测出巨磁电阻型电压传感器 的输出电压Ｖ↓［０］，Ｉ与Ｖ↓［０］呈线性关系，该线性关系经拟合后的拟合电压为Ｕ，拟合电压Ｕ与被测电流Ｉ满足以下公式：　Ｕ＝Ｋ　Ｉ－Ｑ，　当巨磁电阻型电压传感器与待测导线之间的距离固定Ｄ以及被测电流是交流电还是直流电确定时，Ｋ、 Ｑ是常数；　第四步骤，改变第二步骤中的巨磁电阻型电压传感器与待测导线的固定距离Ｄ的值，重复上述第一到第三步骤，将会得到对应改变距离Ｄ后的Ｋ、Ｑ值；　第五步骤，如此重复上述第一到第四步骤，求得多种使用条件下的相对应的Ｋ、Ｑ常数，做 成输出电压～被测电流关系的对照工具；　第六步骤，使用时由测量回路中的电压表上测得的输出电压再根据输出电压～被测电流关系的对照工具即可测出待测导线中的被测电流。...

【技术特征摘要】
1，一种利用巨磁电阻测量电流的方法，其特征在于包括第一步骤，将被测电流的待测导线连接一直流/交流电源、直流/交流电流表、变阻器，形成一电流可调的待测电流回路；第二步骤，巨磁电阻型电压传感器与待测导线之间有一固定距离D，将巨磁电阻型电压传感器的工作电压端连接一工作电源，巨磁电阻型电压传感器的输出端连接一电压表，形成一测量回路；第三步骤，确定待测电流回路中是交流电或是直流电，用变阻器逐步改变待测电流回路中的被测电流I，同时在测量回路中测出巨磁电阻型电压传感器的输出电压V0，I与V0呈线性关系，该线性关系经拟合后的拟合电压为U，拟合电压U与被测电流I满足以下公式U＝K I-Q，当巨磁电阻型电压传感器与待测导线之间的距离固定D以及被测电流是交流电还是直流电确定时，K、Q是常数；第四...

【专利技术属性】
技术研发人员：高俊，王崝沄，
申请(专利权)人：上海市七宝中学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]