CN201152885Y

CN201152885Y - 非接触式测量电流的装置

Info

Publication number: CN201152885Y
Application number: CNU2008200547367U
Authority: CN
Inventors: 高俊; 王崝沄
Original assignee: Shanghai Qibao High School
Current assignee: Shanghai Qibao High School
Priority date: 2008-01-15
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2018-01-15

Abstract

一种非接触式测量电流的装置，是克服传统的接触式测量电流装置测量电流所存在的使用不便，测量精度不高，体积大等缺点的非接触式测量电流的装置，包括：探头；置于探头上的巨磁电阻型电压传感器；一端与探头上安装巨磁电阻型电压传感器的部位连接，另一端具有一手柄盖的中空管体的手柄，手柄内置有巨磁电阻型电压传感器的工作电源，巨磁电阻型电压传感器的两个工作电压端分别连接工作电源的两个输出端，巨磁电阻型电压传感器的两个输出端分别连接引出导线，两根引出导线由手柄盖的孔洞中从手柄内引出；测量端分别与两根引出导线连接的电压表，测出被测电流值对应的电压值。本实用新型具有使用便捷、安全，测量精度高，体积小，制造成本低的效果。

Description

非接触式测量电流的装置

技术领域

本实用新型涉及一种测量电流的装置，尤其是指一种适用于工业设备中测量大电流的非接触式测量电流的装置。

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。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服传统的接触式测量电流装置测量电流所存在的缺点，提供一种应用巨磁电阻器件制成的测量电流时具有使用便捷、安全，测量精度高，体积小，制造成本低的非接触式测量电流的装置。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种非接触式测量电流的装置，包括：

探头；

巨磁电阻型电压传感器，置于所述探头上；

手柄，是一端与所述探头上安装巨磁电阻型电压传感器的部位连接、另一端具有一手柄盖的中空管体，手柄的中空管体内置有巨磁电阻型电压传感器的工作电源，巨磁电阻型电压传感器的两个工作电压端分别连接所述巨磁电阻型电压传感器的工作电源的两个输出端，巨磁电阻型电压传感器的两个输出端分别连接引出导线，两根引出导线由所述手柄盖的孔洞中从手柄内引出；

电压表，其测量端分别与所述两根引出导线连接，测量被测电流值对应的电压值。

本实用新型的效果：

本实用新型的非接触式测量电流的装置由于是采用巨磁电阻器件制成的一种非接触式测量电流的装置，因此具有使用便捷、安全，测量精度高，体积小，灵敏度高，信噪比高以及制造成本低的优点，特别适用于作为工业设备中测量大电流的装置。本实用新型具有较大的使用及商业价值。

为进一步说明本实用新型的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本实用新型进行详细说明。

附图说明

图1为巨磁电阻器件的结构原理图；

图2为本实用新型的非接触式测量电流的装置的结构图；

图3本实用新型的非接触式测量电流的装置的电原理结构图；

图4为本实用新型的非接触式测量电流的装置的使用状态图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的非接触式测量电流的装置的具体实施方式进行详细说明。

本实用新型的非接触式测量电流的装置的结构参见图2、图3，图2为本实用新型的非接触式测量电流的装置的部件结构图；图3本实用新型的非接触式测量电流的装置的电原理结构图。

本实用新型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)20，巨磁电阻型电压传感器20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。

本实用新型的非接触式测量电流的装置包括：

探头10，本实施例是采用带有开口的圆环，测量时将探头10套住待测导线70，以便进行电流测量。

巨磁电阻型电压传感器20，置于所述探头10上，如果探头10采用带有开口的圆环，则安装巨磁电阻型电压传感器20的最佳位置是在所述磁场探头10的开口的正对面的探头10上(如图2所示)。本实施例的巨磁电阻型电压传感器20采用市场供应的AA002-02型巨磁电阻器件。

手柄30，是一端与所述探头10上安装巨磁电阻型电压传感器20的部位连接、另一端具有一手柄盖31的中空管体，手柄30的中空管体内置有巨磁电阻型电压传感器20的工作电源60，本实施例的工作电源60采用6v电池，巨磁电阻型电压传感器20的工作电压端V+、V-分别连接电池60的正、负输出端，巨磁电阻型电压传感器20的输出端Vout和G分别连接引出导线41、42，两根引出导线41、42由所述手柄盖31的孔洞中从手柄30内引出。

电压表(V)50，其测量端分别与导线41、42连接，测出被测电流值对应的电压值。由对应的换算表直接求得被测电流值。

参见图4，图4为本实用新型的非接触式测量电流的装置的使用状态图，巨磁电阻型电压传感器20本身具有感应外磁场变化的敏感轴(P-P′)，在使用时，被测电流的导线70与该敏感轴始终垂直，保证测量精确有效。

经实验，本实用新型与目前工业上应用的最为普遍的几种应用于测量电流的器件相比较，结果参见下表：

器件	使用方法	测量精度	非线性度	响应速度	价格	缺点
器件	使用方法	测量精度	非线性度	响应速度	价格	缺点	直检式霍尔电流传感器	初级绕组绕在径向开有缺口的环型(矩形等)铁芯上，霍尔元件置于缺口中。	±1％	0.5％	10μS	80-10元	温漂大，精度低
磁平衡霍尔电流传感器	在铁芯上加了一个反馈绕组，把霍尔元件检测的电压反馈回反馈绕组中，使磁路中的B＝0	±1％	0.2％	1μS	150-220元	小电流精度低一些	直检式霍尔电流传感器	初级绕组绕在径向开有缺口的环型(矩形等)铁芯上，霍尔元件置于缺口中。	±1％	0.5％	10μS	80-10元	温漂大，精度低
磁平衡霍尔电流传感器	在铁芯上加了一个反馈绕组，把霍尔元件检测的电压反馈回反馈绕组中，使磁路中的B＝0	±1％	0.2％	1μS	150-220元	小电流精度低一些	相位差磁调制式直流电流传感器		±0.5％	0.2％	300mS	160-200	不能测量交流
零磁通电流互感器		±0.02％	0.01％	20μS	300-500	结构复杂，调试麻烦，不适合大量生产	相位差磁调制式直流电流传感器		±0.5％	0.2％	300mS	160-200	不能测量交流
零磁通电流互感器		±0.02％	0.01％	20μS	300-500	结构复杂，调试麻烦，不适合大量生产	AA002-02巨磁电阻器件	将巨磁电阻器件靠近待测电流	一千万亿分之一	0.001％	0.05μS	50-60元

如上表所示：采用巨磁电阻器件与其他几种霍尔元件制成的测量电流的仪器相比，无论是在使用方法，还是测量精度、非线性度、影响速度、等方面都可看出其巨大优势，体现了利用巨磁电阻器件测量的全方面优势，另一方面，在制造成本上，这种应用GMR磁传感器的测量成本低于大多数应用在工业上的霍尔元件测量方法的成本，同时，巨磁电阻传感器与以往工业上运用霍尔元件测量相比，具有功耗小、可靠性高、体积小、能工作于恶劣环境等优点。这些都是现有传统测量方式所不能相比的。因此本实用新型具有较大的使用及商业价值。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型的目的，而并非用作对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求的范围内。

Claims

1，一种非接触式测量电流的装置，其特征在于包括：

探头；

巨磁电阻型电压传感器，置于所述探头上；

2、如权利要求1所述的非接触式测量电流的装置，其特征在于：

所述的探头是采用带有开口的圆环，所述巨磁电阻型电压传感器安装在所述开口的正对面的探头上。

3、如权利要求1所述的非接触式测量电流的装置，其特征在于：

所述的巨磁电阻型电压传感器采用AA002-02型巨磁电阻器件。

4、如权利要求1所述的非接触式测量电流的装置，其特征在于：

所述巨磁电阻型电压传感器的工作电源是电池。