Устройство для бесконтактного измерения тока Советский патент 1983 года по МПК G01R13/40 

Изобретение относится к электро.измерительной технике, в частности к устройствам для измерения тока пО величине напряженности магнитного поля, создаваемого контролируемым током, и может быть использовано для бесконтактного измерения токов, преимущественно - постояннрго.

Известны устройства для бесконтактного измерения тока, содержащие магнитопленочный датчик,выполненный в виде магнитной пленки с одноосной . анизотропией, нанесенной на диэлектрическую подложку; предварительно при помощи постоянного магнита пленка разбивается на две смежные об ласти, намагниченные в противоположных направлениях йдоль оси легкого намагничивагния (ОЛИ); при измерениях датчик помещается над токонесущим проводником таким образом, чтобы проводник был перпендикулярен к границе раздела областей, под действием магнитного поля контролируемого тока доменная граница перемещается вдоль оси трудного намагничивания (ОТН) в ту или другую сторону в зависимости от направления, контролируемого тока, величина этого перемещения характеризует пиковое значение тока; положение

доменной границы можна регистрировать с использованием, например, магнитооптического эффекта Керра fl.

5 Однако данное устройство имеет ограниченные функциональные возможности, а именно .может быть использовано только для измерений пикового значения кратковременного импульса тока.

д Мгновенное значение тока не может

быть измерено, так как при уменьшении тока граница не движется в противоположном направлении, а фиксируется в положении, соответствующем пиковому значению тока. Продолжительно действующие токи не могут быть измерены, так как при. этом пленка перемагничивается полностью.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для бесконтактного измерения т6ка,содер- жащее магнитную пленку прямоугольной формы с одноосной анизотропией, нанесенную на проводящую подложку клинообразованиой формы,и оптическую измерительную систему С23.

Однако в этом устройстве равновесное положение доменной границы соответствует пиковому значению тока: при уменьшении тока граница не возвращается назад, т.е. устройство не может измерять мгновенное значение тока, кроме того, у данного устройства существенно нелинейный характер зависимости координаты положения границы от измеряемого тока. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем что в устройстве для бесконтактного измерения тока; содержащее магнитную пленку прямоугольной формы с одноосной анизотропией, нанесенную на проводящую подложку клинообразной формы и оптическую измерительную систему, магнитная пленка нанесена на одну из параллельных граней подложки таким образом, что продольная ось пленки совпадает с продольной осью симметри подложки и -проекцией направления про водника с током,с которым продольная ось магнитной пленки образует угол, причем подложка ишрокой гранью и вер шиной подключена.к введенному в устройство источнику постоянного тока, при этом угол, образованный направле нием проводника с хоком и продольной осью магнитной пленки, равен где предельное значениеизмеряемого тока; HC. - коэрцитивная сила магнитной пленки; -предельная величина переме.сцения доменной границы. На фиг.1 и 2 изображена принципиальная схема устройства. Устройство содержит магнитопленоч ный датчик 1, устанавливаемый над проводником 2 с контролируемым током Э, источник 3 постоянного тока и индикатор положения.доменной границы (не показан).... . Индикатор может быть выполнен на основе гальваномагнитного эффекта,. магнитооптического.эффекта Кёрра,.либо другого. Магнитопленочный датчик состоит.из клинообразной токрпроводя щей подложки 4 и магнитной пленки 5 с одноосной анизотропией, нанесенной на подложку и изолированной от нее диэлектрическим слоем б. ОЛН пленки перпендикулярна оси симметрии подложки; последняя через вершину и основание подключена к источнику 3 постоянного тока UQ. Проводник 2 проходит через вершину А клина подложки и образует с ее плоскостью угол (J . Ука занная форма основания клина выбрана для обеспечения равномерного распределения тока.по поперечному сечению клина. УСТРОЙСТВО работает следующим обра 3 ом, . В исходном состоянии намагниченность магнитной пленки 5 имеет одно из двух направлений по ОЛН, например вдоль оси. С включением тока DQ от источиика 3 на пленку действует магнитное поле, направленное против ее намагниченности. Из-за клинообразности подложки 4 напряженность HO() этого поля в различных точках пленки вдоль ОТН-неодна.кова: она максимальна ГУ вершины клина и уменьшается по мере удаления ,от нее. Вследствие этого, с увеличением тока DQ у края пленки 5 со стороны вер,шины клина появляется домен обратной намагниченности, разделенный от остальной части плен., ки , доменной границей. Домен обратной намагниченности появляется тогда, когда в-данной точке напряжен.ность HO(,) становится больше коэрцитивной силы HC пленки 5. Поэтому, по мере увеличения доменная граница перемещается в сторону основания клина. Величина тока JQ выбирается такой, чтобы при отсутствии контролируемого тока и доменная граница находилась в координате у края пленки 5 со стороны основания клина. Контролируемый ток D создает магнитное поле, напряженность H(xJ которого на поверхности пленки направлена встречно напряженности ). Поэтому под действием тока J доменная граница перемещается в пленке 5 в направлении от основания к вершине клина. Величина К этого перемещения пропорциональна величине тока 3 . Положение крординаты Х доменной границы, являющееся мерой контролируемого тока, регистрируется индикатором. Выбором угла р, подбирается необходимая чувствительность датчика при заданном диапазоне контролиру емого тока. При 3 3 должно быть . При этом где 3|vx - предельное значение измеряемого тока; Н - коэрцитивная сила магнитной пленки; h .-- предельная величина перемещения доменной границы При этом Следует x.J-a. Полученные выражения свидетельствуют о высокой линейности измерения предлагаемого устройства. Предлагаемое устройство обладает широкими функциональными возможнос1-ями так как позволяет, измерять не только пиковое, но и мгновенное значение контролируемого тока, кроме того, оно обладает более высокой точностью измерения благодаря линейной зави,симости выходной величины от измеряемой .