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_2

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值变化 量ARmr (ARmrl)。也就是说,横向无论是从右向左施加磁场H还是从左向右施加磁场H, 阻抗值变化量ARmr均相同。也就是说,磁阻效应相对于从横向施加的磁场H具有偶函数 的特性。
[0064] 但是,据此,磁传感器1无法检测关于磁场H的方向的信息。因此,参照图1(b)的 图表的右一半,横向施加一定程度的偏置磁场Hbias。将其称为横向偏置磁场Htb。横向偏 置磁场Htb使磁阻效应的动作点Hp沿偶函数的倾斜部分偏移,所以磁传感器1能够检测到 与偏置磁场Hbias相同方向(H2)或者相反方向(-H2)这样的所施加磁场H的方向的阻抗 值变化量的信息(ARmr2、-ARmr2)。
[0065] 在此,假设磁性膜12的温度上升。磁体一般在成为居里温度时失去磁性。而且, 随着磁体的温度上升至居里温度,饱和磁化强度、顽磁力之类的磁特性下降。考虑到磁性膜 12的磁化关系到磁阻效应,因此磁阻效应由于温度的上升而下降。
[0066] 图2(a)中表示磁阻效应的温度变化。仅示出表示磁阻效应的图表的右边一半。 横轴为来自横向的磁场H,纵轴为磁性膜12的纵向的阻抗值Rmr。随着从低温t0变向高温 t2,特性曲线由陡峭的山形变为宽阔的山形。假设横向偏置磁场Htb不变化,则磁传感器1 的动态范围S随着温度的上升而从SO减少为S2。即,灵敏度降低。
[0067] 另外,将向磁性膜12的纵向施加的偏置磁场Hbias称为纵向偏置磁场Hob。当向 磁性膜12施加纵向偏置磁场Hob时,随着纵向偏置磁场Hob变大,磁阻效应被抑制。
[0068] 图2 (b)表不改变纵向偏置磁场Hob时的磁阻效应。横轴为横向的磁场H,纵轴为 磁性膜12的纵向的阻抗值Rmr。当纵向偏置磁场Hob从HobO增大至Hob2时,磁阻效应由 陡峭的山形变为宽阔的山形。即,磁传感器1的灵敏度从SO降低至S2。
[0069] 可以认为磁阻效应依赖于磁性膜12的磁化的方向和电流的方向。纵向偏置磁场 Hob具有使磁性膜12的磁化束缚在纵向的作用。从而,磁化的方向难以根据从横向施加的 磁场H而变化,其结果被认为是磁阻效应受到抑制。
[0070] 当用具有温度特性的磁铁施加纵向偏置磁场Hob时,若周围的温度上升则纵向偏 置磁场Hob减少。这是因为产生纵向偏置磁场Hob的磁铁自身随着温度的上升而使磁特性 降低的缘故。即,磁阻效应的动态范围S变大。
[0071] 因此,通过将温度上升时灵敏度降低的磁性膜12与温度上升时能够提高灵敏度 的纵向偏置磁场Hob进行组合,能够进行磁传感器1的温度补偿。
[0072] 参照图3。图3仅表示磁阻效应的一半。对在温度tO时具有Cl的磁阻效应的磁 性膜12预先施加纵向偏置磁场Hob2,使磁阻效应成为宽阔的山形C1。当该磁传感器1的 温度上升为tl时,由于磁性膜12的特性,磁阻效应会进一步变宽阔(C2)。但是,因为此时 随着温度上升,纵向偏置磁场也从Hob2减少为Hobl,所以磁阻效应变回陡峭的山形(C3)。 即,即使温度变化,磁阻效应也不变化。
[0073] 此处,重要的是横向偏置磁场Htb (Hbias)相对于磁性膜12和纵向偏置磁场Hob 的变化必须为大致一定。即,纵向偏置磁场Hob具有比横向偏置磁场Htb更大的温度特性。
[0074](实施方式1)
[0075] 接着,参照图4,表示基于该原理的带温度补偿功能的磁传感器的结构。图4(a)表 示带温度补偿功能的磁传感器2的结构,图4(b)表示传感器元件13的组装图。带温度补 偿功能的磁传感器2包括:在基板10上形成的短条状的磁性膜12 ;在磁性膜12的两端设 置的电极14a、14b;在电极14a、14b之间流通电流的电流源16 ;施加横向偏置磁场的磁铁 18 ;施加纵向偏置磁场的磁铁20 ;和计测电极14a、14b之间的电压的电压计22。
[0076] 磁性膜12可以在玻璃或陶瓷这样的基板10上形成。材质只要是能发生磁阻效应 的材料则没有特别限定。大小能够根据设置作为磁传感器的部位来进行变更。例如,在电 路基板上使用的情况下,可以与电路图案一起制作在电路基板上或者电路基板内。
[0077] 形状优选为短条状。因为磁阻效应因流通电流的距离(阻抗值)而灵敏度变高, 所以优选在流通电流的方向(纵向)上具有一定程度的长度。另一方面,因为与流通电流 的方向成直角的方向(横向)可以较短。而且,如果在电流流通的方向上长,则也可以是将 短条状反复串联连接的羊肠小道状。
[0078] 电极14a、14b优选为比磁性膜12导电性高的材料。例如,能够优选利用铜、铝、银、 金等优良导电性物质或者它们的合金。而且,电极14a、14b也可以由磁性膜12而形成。
[0079] 电流源16为用于对磁性膜12流通电流的电源。因为关于磁阻效应,由于电阻值 变化,因此流通电流,由磁性膜12的两端电压来进行检测。电流源16可以为额定电压源, 也可以为额定电流源。电流源16与磁性膜12的两个电极14a、14b连接,沿磁性膜12的纵 向流通电流。
[0080] 施加横向偏置磁场的磁铁18为沿磁性膜12的横向(与流通电流的方向成直角方 向)施加横向偏置磁场Htb的磁铁。能够优选利用在磁性膜12的横向具有磁极18a、18b的 C字型的永久磁铁。永久磁铁的磁场强度预先被调节为与磁性膜12的磁阻效应的大小相应 的横向偏置磁场Htb的大小。更具体而言,改变永久磁铁的组成能够调节产生磁场。另外, 也能够通过使厚度变薄等减小体积的方法进行调节。当然,也可以并用这些方法。
[0081] 而且,施加横向偏置磁场的磁铁18只要能够改变磁性膜12的纵向的磁化以及在 磁性膜12中流通的电流的方向即可。因此,可以是永久磁铁,也可以是电磁铁。另外,也可 以是利用磁性膜12上的图案形成,实质上制造出施加了横向偏置磁场Htb的状况的构造。 即,施加横向偏置磁场的磁铁18包括磁场产生源以外的结构。但是,相比于后述的施加纵 向偏置磁场的磁铁20,必须温度特性较小。
[0082] 温度特性较小是指磁场强度不会因温度的变化而变化。例如,在使用的温度范围 中,可以是温度特性小的永久磁铁、与额定电流源连接的电磁铁、制造出施加了横向偏置磁 场Htb的状况的构造等。
[0083] 特别是制造出施加了横向偏置磁场Htb的状况的构造,温度特性为零,作为施加 横向偏置磁场的磁铁18的空间也可以较小,因此能够优选利用。具体的构造为在专利文献 1中介绍的螺旋条纹(barberpole)构造,详细内容将在后面另外叙述。
[0084] 施加纵向偏置磁场的磁铁20为沿磁性膜12的纵向施加磁场的磁铁。图4中,施 加纵向偏置磁场的磁铁20为在比电极14a、14b更靠外侧具有磁极20a、20b的C字型磁铁。 施加纵向偏置磁场的磁铁20需要与磁性膜12的温度特性一起变化。因此,优选为具有磁 性膜12程度或者其以上的温度特性的磁铁。
[0085] 通常块体的磁体的温度特性小,在居里温度附近急剧地丧失磁化的特性多。但是, 由于磁阻效应自身有百分之几程度的变化,所以需要补偿磁性膜12的磁特性的微小变化, 另外,纵向偏置磁场Hob自身需要使数十Oe程度的产生磁场改变数十Oe程度,所以与比较 小的输出磁场相比,优选具有较大的温度特性的永久磁铁等。
[0086] 例如,通过或者改变铁素体的组成比,或者加入添加物等,能够优选利用能够实现 数〇e/°C的变化的感温磁体。另外,感温磁体也可以使用多个种类。至少包括磁性膜12、施 加横向偏置磁场的磁铁18、施加纵向偏置磁场的磁铁20在内,称为传感器元件13。传感器 元件13中也可以包含基板10。
[0087] 电压计22为用于计测磁性膜12的两端的电压的装置。只要是电压计,则结构上 没有特别限定。也可以只是仅连接放大器电路。而且,因为磁阻效应是用电阻值的变化来 测定沿横向施加的被测定磁场的大小,所以优选具有用于保持无被测定磁场时的磁性膜12 的两端的电压值的单元。例如,优选与显示计测结果的显示部一起,还进一步附加有利用 MPU(MicroProcessorUnit:微处理单元)的控制部。
[0088]另外,计测磁性膜12的两端的电压也可以是指在串联或者并联连接多个磁性膜 12的情况下的两端电压。另外,也可以是介入了阻抗的两端。进一步,在磁性膜12被加入 在桥式电路的一部分中的情况下,也可以是桥式电路的平衡点(参照图12的符号53、54)。 这是因为桥式电路的平衡点可以说是介入有阻抗或者磁性膜12的两端。
[0089] 具有以上的结构的带温度补偿功能的磁传感器2,当在被测定磁场中加入作为感 应部的传感器元件13时,磁性膜12的电阻值Rmr对应于被测定磁场的磁性膜12的横向分 量的强度而变化,因此能够直接检测被测定磁场的大小。该被测定磁场不仅是来自永久磁 铁的磁场,还能够检测流通的电流产生的磁场,因此,带温度补偿功能的磁传感器2还能够 适合利用于电能测定装置中。
[0090] 另外,当周围的温度变化时,磁性膜12的磁阻效应也如图2(a)所示那样向宽阔的 山形方向变化。但是,同样地,施加纵向偏置磁场的磁铁20也根据温度的变化而导致产生 的磁场减少。由此,如图3所示,磁阻效应变回陡峭的山形形状,结果是即使温度改变,磁传 感器的灵敏度也大致能够维持相同的状态。
[0091] (实施方式2)
[0092]图5表示本实施方式涉及的带温度补偿功能的磁传感器3的结构。对于与实施方 式1所示的带温度补偿功能的磁传感器2相同的部分,附加相同的符号,说明省略。带温度 补偿功能的磁传感器3的施加横向偏置磁场的磁铁18由磁性膜12上的导电
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