[发明专利]利用巨磁电阻测量电流的方法

说明书

技术领域

本发明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利用巨磁电阻测量电流的方法。

背景技术

传统的测量电流的电流表是采用霍尔元件，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“巨磁电阻”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。采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10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+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R1和R4的串联电阻阻值为R+R+ΔR1＝2R+ΔR1，其中R为与磁场无关的原单个电阻的阻值，而ΔR1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+ΔR3，而ΔR3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ΔR1＝ΔR3＝ΔR＝R(B)-R。这样，Vout和0间的总电阻(R总)＝R+ΔR/2。其中ΔR＝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R1、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ΔR/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，操作磁通小，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。

发明内容

本发明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，测量精度高的利用巨磁电阻测量电流的方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种利用巨磁电阻测量电流的方法，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＝KI-Q

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；

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。

本发明的效果：

本发明的利用巨磁电阻测量电流的方法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。本发明具有较大的使用及商业价值。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细说明。