带温度补偿功能的传感器元件和使用该元件的磁传感器及电能测定装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及被赋予了温度补偿功能的传感器元件和使用该元件的磁传感器及电 能测定装置。
【背景技术】
[0002] 可以预测小型磁传感器的用途会逐渐扩大。特别是电能测定装置，被认为是在基 于石化燃料的电能量利用的目标上必不可少的器件。专利文献1中公开了一种电能测定装 置，通过将磁传感器与传感器阻抗串联连接，与电气回路的负载并联，并且与电气回路的配 线相邻设置，由此能够计测负载的消耗电能。
[0003] 由于这种电能测定装置大部分能够以磁性薄膜的大小形成，所以元件整体能够以 数mm见方程度的大小进行制作。从而，通过在大规模系统的各种部位分别设置，能够监视 细微的消耗电能。
[0004] 另一方面，若用途扩大，则预定使用的的环境也可预想到严酷的环境。特别是温度 使磁特性变化的情况已众所周知，为了提高传感器灵敏度的精度，对磁传感器而言，温度补 偿是不可或缺的技术。
[0005] 鉴于该课题，在专利文献2中公开了一种因在不同温度的环境下的磁阻效应相对 于所施加的磁场具有规定的关系，因而能够进行一定的温度补偿的技术。
[0006] 即便在利用磁的磁传感器中，利用磁阻效应的磁传感器也被特别称为磁阻效应型 磁传感器。该磁阻效应型磁传感器用于检测对相对于电流流动的方向成直角的方向施加的 被测定磁场的大小。而且，将为了进行该检测而预先对与被测定磁场相同的方向施加的磁 场被称为偏置磁场。
[0007] 专利文献2中提及了偏置磁场的大小与磁阻效应的关系。然而，在专利文献2中 的偏置磁场是指当测定对象物的转子的凹部接近时，对磁传感器施加的磁场变小，当凸部 接近时，对磁传感器施加的磁场变大。也就是说，在专利文献2中所说的偏置磁场实质上是 对磁传感器的施加磁场（被测定磁场），而不是用于决定磁传感器的动作点的偏置磁场。
[0008] 现有技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献I:TO2012/105459
[0011] 专利文献2 :日本专利特开2005-049262号公报
【发明内容】
[0012] 对于磁阻效应型磁传感器，必须解决以下问题：由于周围的温度上升而导致磁性 膜自身的磁特性降低，所以作为传感器的灵敏度下降。通常由温度补偿电路进行处理。然 而，温度补偿电路必须获取配设有磁传感器的部位的温度信息，必须在磁传感器的设置部 位安装某种温度传感器。
[0013] 这会导致装置的大型化和设置工时的增加。磁传感器自身能够消除温度变化的这 种温度补偿（自我补偿）单元在以磁阻效应型磁传感器为代表的磁传感器中是必不可少 的。
[0014][用于解决课题的手段]
[0015] 本发明是鉴于上述课题而想到的发明创造，是对构成磁传感器的传感器元件赋予 了温度补偿功能的发明。更具体而言，本发明涉及的传感器元件的特征在于，包括：
[0016] 具有磁阻效应的磁性膜；
[0017] 用于向上述磁性膜流通电流的、隔着上述磁性膜而对置的一对电极；
[0018] 在上述电极的对置方向上产生第一偏置磁场的施加纵向偏置磁场的磁铁；和
[0019] 在与上述施加纵向偏置磁场的磁铁形成直角的方向上产生第二偏置磁场的施加 横向偏置磁场的磁铁，
[0020] 上述施加纵向偏置磁场的磁铁的温度特性比上述施加横向偏置磁场的磁铁的温 度特性更大。
[0021] 另外，本发明涉及的传感器元件的特征在于，包括：
[0022] 具有磁阻效应的磁性膜；
[0023] 用于向上述磁性膜流通电流的、隔着上述磁性膜而对置的一对电极；和
[0024] 产生相对于上述磁性膜的纵向为倾斜方向的偏置磁场的、具有温度特性的施加倾 斜偏置磁场的磁铁。
[0025] 另外，本发明涉及的磁传感器为采用上述的传感器元件的磁传感器。具体而言，本 发明涉及的磁传感器的特征在于，包括：上述的传感器元件；
[0026] 在上述传感器元件的两端电极之间流通电流的电流源；和
[0027] 计测上述传感器元件的上述两端电极之间的电压的电压计。
[0028] 另外，本发明涉及的电能测定装置为采用上述的传感器元件的电能测定装置。更 具体而目，
[0029] -种电能测定装置，上述电能测定装置对在电源与负载通过连接线而连接的电路 中由上述负载消耗的电能进行计测，上述电能测定装置的特征在于，包括：
[0030] 与上述连接线邻接配置的上述传感器元件；
[0031] 计测上述传感器元件的两端电压的电压计；
[0032] -端与上述传感器元件的一端连接的传感器阻抗；
[0033] 为了相对于上述电源与上述负载并联连接，而在上述传感器元件的另一端设置的 第一连接端子；和在上述传感器阻抗的另一端设置的第二连接端子。
[0034] 发明效果
[0035] 本发明涉及的传感器元件，预先对元件施加抑制磁阻效应这样的纵向偏置磁场。 然后，该施加纵向偏置磁场的磁铁与磁性膜同样地，具有温度特性，发挥作用使得伴随温度 的上升而纵向偏置磁场减少。其结果是，关于磁性膜的磁阻效应，虽然会因温度上升而灵敏 度降低，但是由于作为主要抑制因素的纵向偏置也降低，所以能够维持灵敏度。
[0036] 另外，本发明涉及的传感器元件不仅将磁性膜的磁阻效应与纵向偏置磁场的温度 特性抵消，还通过将磁阻效应、纵向偏置磁场与横向偏置磁场相抵消，能够更细致地抑制由 温度引起的灵敏度的变化。
[0037] 特别是利用倾斜偏置磁场的传感器元件，因为能够仅采用磁性膜来制作磁性膜， 所以具有以下效果：能够加大阻抗、制作容易、能够根据与倾斜偏置磁场的角度来调节灵敏 度。
[0038] 另外，采用该磁传感器的磁传感器和电能测定装置，即使在苛刻的温度变化下也 能够维持灵敏度的精度，为构筑高可靠性的系统做贡献。
【附图说明】
[0039] 图1是表示传感器元件的结构和磁阻效应的图。
[0040] 图2是表不温度和纵向偏置磁场在磁阻效应上体现的影响的图表。
[0041]图3是对本发明涉及的传感器元件的温度补偿的原理进行说明的图。
[0042] 图4是表示本发明涉及的传感器元件的结构的图。
[0043]图5是表示本发明涉及的传感器元件的其他实施方式的图。
[0044] 图6是表不温度补偿时的磁场的图。
[0045] 图7是表示用于说明其他温度补偿的方法的磁阻效应的图。
[0046] 图8是表示使用倾斜偏置磁场的传感器元件的结构的图。
[0047]图9是表示使用倾斜偏置磁场，并且使用一对磁性膜的情况下的结构的图。
[0048] 图10是表示以C型磁铁作为施加倾斜偏置磁场的磁铁的传感器元件的结构的图。
[0049]图11是表示采用了本发明涉及的传感器元件的电能测定装置的结构的图。
[0050] 图12是表示采用了在桥式电路中加入有一对传感器元件的电路的电能测定装置 的结构的图。
[0051]图13是表示采用了使用倾斜偏置磁场的传感器元件的电能测定装置的结构的 图。
[0052] 图14是表示采用了一对使用倾斜偏置磁场的传感器元件的电能测定装置的结构 的图。
[0053] 图15是表示实施例的实验装置的结构的图。
[0054] 图16是表示示出磁阻效应元件的灵敏度与温度的关系的实验结果的图。
[0055] 图17是表示纵向偏置磁场变化时的灵敏度的变化的图。
[0056] 图18是表示进行温度补偿时所必需的纵向偏置磁场的相对于温度的变化量的 图。
[0057] 图19是表示实际测定温度补偿的实验结果的图表。
[0058] 图20是表示将使用倾斜偏置磁场的一对传感器元件相对于倾斜偏置磁场对称配 置，调查使角度变化时的动作点的动向的结果的图表。
【具体实施方式】
[0059] 首先，对本发明的传感器元件的原理进行说明，接着，对具体的结构等进行说明。 图1中首先表示利用磁阻效应的磁传感器1的原理。参照图1(a)，在基板10上设置的磁 性膜12成形为短条状。两端设置有电极14a、14b。在该对置电极14a、14b之间通过电源9 流通电流。将对置的电极14a、14b之间的方向或者短条的长边方向称为"纵向"。另外，将 与纵向成直角的方向称为"横向"。在短条状的磁性膜12的情况下，短条的宽度方向为"横 向"。
[0060] 而且，在本发明中磁性膜12不仅仅是通过成膜法而形成的膜状磁体，只要能识别 纵向和横向，也可以是块体材料。即，截面可以为圆形，也可以为方形。
[0061] 该短条状的磁传感器1当被从横向施加磁场H时，电极14a、14b之间的阻抗值Rmr 会发生变化。这被称为磁阻效应，利用磁阻效应的传感器被称为磁阻效应型磁传感器。图 I(b)中用图表表示磁阻效应。横轴为从横向施加的磁场H的强度，纵轴为磁性膜12的纵向 的阻抗值Rmr。
[0062] 参照图1(b)的图表的左半部分，如众所周知的那样，磁阻效应为，若来自横向的 磁场H增加（H1)，则磁性膜12的纵向的阻抗值Rmr(Rmrl)减少。另外，虽然也有增加的情 况，但此处对伴随横向磁场H的增加而阻抗值Rmr减少的情况进行说明。
[0063] 磁阻效应型磁传感器对于来自横向的磁场H，无关方向，只产生相同的阻抗