DESIGN AND DEVELOPMENT OF A CONTACTLESS AMMETER BASED ON GMR MAGNETOMETERS

• Main Author: CAMILA SCHUINA NEVES
• Other Authors: CARLOS ROBERTO HALL BARBOSA
• Language: Portuguese
• Published: PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO 2018
• Online Access: http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=35292@1; http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=35292@2

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO === COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIOR === PROGRAMA DE SUPORTE À PÓS-GRADUAÇÃO DE INSTS. DE ENSINO === PROGRAMA DE SUPORTE À PÓS-GRADUAÇÃO DE INSTITUIÇÕES COMUNITÁRIAS DE ENSINO PARTICULARES === Amperímetros convencionais devem ser inseridos em série com o elemento no qual se deseja medir a corrente, constituindo uma forma de medição invasiva. Amperímetros alicate, baseados em bobinas, realizam medições de forma não invasiva, mas são limitados a correntes alternadas. Para medição de correntes contínuas, amperímetros baseados no efeito Hall são utilizados, mas possuem baixo nível de tensões de saída e pouca estabilidade em relação à temperatura. O objetivo desta dissertação foi desenvolver um protótipo de amperímetro baseado em magnetômetros de magnetorresistência gigante (GMR) capaz de medir correntes contínuas, de forma não invasiva e com alta resolução em relação aos amperímetros alicate. A metodologia dividiu-se em: (i) utilização de dois magnetômetros GMR para medir o campo magnético gerado pela corrente elétrica em um condutor; (ii) projeto e implementação de um solenoide para polarizar os sensores na faixa de operação linear; (iii) aprimoramento e desenvolvimento de circuitos eletrônicos dedicados à excitação e leitura dos GMRs; (iv) implementação de algoritmos para solução do problema inverso, isto é, a partir da saída do circuito, em mV, estimar a corrente que passa pelo condutor e a distância entre este e o amperímetro. Foram realizados 60 testes, com correntes variando de -3 A a 3 A, com passos de 0,1 A. O protótipo foi capaz de estimar a corrente elétrica com incerteza expandida, do tipo A, de 0,091 A e 0,07 cm para a distância. Os resultados comprovam a viabilidade da realização de medições de corrente, por aproximação, utilizando sensores GMR. === Conventional ammeters should be inserted in series with the element in which the current is to be measured, thus constituting an invasive measurement form. Clamp ammeters, based on coils, are able to measure non-invasively but are limited to alternating currents. For measurement of direct currents, Hall-based ammeters are used, but have low output voltages and little temperature stability. Thus, the objective of this dissertation was to develop a prototype based on giant magnetoresistance (GMR) magnetometers capable of measuring direct currents, non-invasively and with high resolution in relation to clamp ammeters. The methodology was divided into: (i) the use of two GMR magnetometers to measure the magnetic field generated by the electric current in a conductor; (ii) design and implementation of a solenoid to polarize the sensors in the linear operating range; (iii) improvement and development of electronic circuits dedicated to the excitation and reading the GMRs; (iv) implementation of algorithms to solve the inverse problem, that is, from the outputs of the circuit, in mV, estimate the current passing through the conductor and the distance between it and the ammeter. Sixty tests were performed, with currents varying from -3 A to 3 A, with steps of 0.1 A. The prototype was able to estimate the electrical current with type A expanded uncertainty of 0.091 A and 0.07 cm for the distance. The results demonstrate the feasibility of conducting current measurements by approximation using GMR sensors.