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_4

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样,由于在相对于磁性膜12的纵向倾斜的方向流通的电流并非局部,所以能够获得大的阻 抗(impedance)。获得大的阻抗,就能够获得大的输出电压。通过调节磁性膜12相对于倾 斜偏置磁场Hsb的方向的倾斜角度巾(参照图9 (a)、图8 (b)),能够调节作为传感器元件13 自身的灵敏度。
[0122] 另外,因为不需要形成导电体24,所以具有制造简单的效果。另外,如果施加倾斜 偏置磁场的磁铁40具有温度特性,则还能够补偿传感器元件13自身的温度特性。
[0123] 图10中表示将C型磁铁作为施加倾斜偏置磁场的磁铁40的传感器元件13的结 构。符号4a、40b为施加倾斜偏置磁场的磁铁40的磁极。而且,在此示出磁性膜12分别各 配置有多个的示例。这样,不排除磁性膜为多个。邻接的磁性膜(例如磁性膜12m和磁性 膜12n)的连接部位12j可以由导电体连接,也可以由短的磁性膜自身串联连接。
[0124] 通过使连接部位12j的磁性膜较短,则对传感器元件13整体基本上没有影响。电 极14a、14b基本上与图1、图4同样地设置。而且,在图10(a)中,将磁性膜12的长度设为 MrL,宽度设为MrW,磁性膜12彼此的间隙设为MeS,磁性膜与倾斜偏置磁场Hsb之间形成的 角度设为。
[0125] 磁性膜12相对于倾斜偏置磁场Hsb的方向,全部以相同角度倾斜。因此,施加倾 斜偏置磁场的磁铁40将传感器元件13的全部磁性膜12的磁化沿相同的方向倾斜。也就 是说,等于图10(a)的全部性膜12沿相同方向施加横向偏置磁场。
[0126] 图10 (b)中表示具有配置在相对于倾斜偏置磁场Hsb的方向对称的位置的第一磁 性膜12和第二磁性膜42的结构示例。可以说第一磁性膜12和第二磁性膜42以各个磁性 膜并联连接的方式共用电极14a、14b,。
[0127] 这样的传感器元件13优选配置成倾斜偏置磁场Hsb的朝向与作为测定对象的电 流成为相同的方向。这是因为在与倾斜偏置磁场Hsb成直角的方向从测定对象向传感器元 件13施加外部磁场的缘故。而且,如果考虑磁性膜12和磁性膜42分别为不同的传感器元 件,则在图10(b)中可以说形成有传感器元件13和传感器元件43。另外,图10(a)、(b)的 传感器元件也如图4所示,通过附加电流源16和电压计22,从而成为磁传感器。
[0128](实施方式4)
[0129] 实施方式1和2所示的磁传感器能够作为电能测定装置加以应用。首先,参照图11 对电能测定装置的测定原理进行说明。该电路结构为将来自电源91 (Vin)的电流分为电流 1:和I2的并联电路。来自电源91(Vin)的电流并联地流向:向测定消耗电能的负载92 (Rl) 流通电流I1的输送路径;和向传感器元件13和传感器阻抗34(R2)流通电流12的计测路 径。而且,此处使传感器阻抗34(R2)相比于磁性膜12的阻抗值Rmr足够大。传感器阻抗 34为用于向传感器元件13的磁性膜12流通额定电流的阻抗。
[0130] 在负载92中流通的电流1:使导线的周围产生磁场H。利用该磁场H,磁性膜12示 出磁阻效应,磁性膜12两端的电压Vmr也变化。该输出电压Vmr与负载92的消耗电能成 比例。从而,如果测定输出电压Vmr,则能够测定负载92的消耗电能。
[0131] 磁性膜12两端的电压Vmr表示负载92的消耗电能的情况,能够如以下这样进行 说明。首先,由负载92中流通的电流I1产生的磁场H,可由将比例常数作为a的⑴式那 样来表不。
[0132] H = a I1 ? ??⑴
[0133] 由于因磁阻效应而变化的阻抗值ARmr与该磁场H成比例,所以可由将比例常数 作为0的(2)式那样来表示。
[0134] A Rmr = P H = P ( a I1) ? ??⑵
[0135] 若将未施加有磁场H时的阻抗设为RmrO,则磁性膜12的全阻抗值Rmr可如(3)式 那样来表示。
[0136] Rmr = RmrO+ A Rmr = RmrO+ a 0 I1 ? ??⑶
[0137] 在磁性膜12中流通电流I2时的磁性膜12的两端电压Vmr可如(4)式那样来表 不。
[0138]Vmr=Rmr*I2=(RmrO+ A Rmr)*12
[0139] = (RmrO+a 0 I1) *12 ? ??⑷
[0140] 将电源91的交流输出设为Vin,振幅设为V1,各频率设为《,时间设为t,则电源91 的输出成为如(5)式所示。另外,在负载92中流通的电流I1和在传感器元件中流通的电 流I2可如(6)式、(7)式那样来表示。
[0141] [数学式1]
[0142] Vin= V pin ? t ? ? ? (5)
[0145] 在磁性膜12中流通电流I2时的磁性膜12的两端电压Vmr可根据⑶式所示那 样求出。
[0146] [数学式2]
[0148] (8)式为AC分量与DC分量之和。也就是说,在磁性膜12的纵向的输出电压Vmr 中,交流电压和直流电压重叠出现。从而,如果仅计测磁性膜12的纵向的直流电压分量,则 能够测定负载92相对于电源91的消耗电能(P=IfV1=V。而且,上述最终式中的 DC分量与(V1VR1)Cose成比例。也就是说,测定Vmr成为测定包含功率因素cos0的有功 功率。
[0149] 基于以上所述的测定原理,对电能测定装置4的结构进行说明。参照图11,包括: 包含磁性膜12的传感器元件13 ;传感器阻抗34 ;和计测传感器元件13的电压的电压计27。 电压计27由放大器25和滤波器26构成。通过滤波器26能够仅计测放大器25的输出的 直流分量。进一步,具有用于将这些结构与计测电能的输送电路连接的一对连接端子(30a、 30b)。而且,在被测定电路为直流的情况下,因为磁性膜12的两端只产生直流电压,所以也 可以没有滤波器26。
[0150] 传感器元件13为在实施方式1和2中说明的传感器元件13,具有施加横向偏置磁 场的磁铁18 (未图示)和施加纵向偏置磁场的磁铁20。图11的传感器元件13的施加横向 偏置磁场的磁铁18作为形成有一种条纹状的导电体24的构造而实现。施加纵向偏置磁场 的磁铁20为永久磁铁,如图4所示具有温度特性。
[0151] 电能测定装置4因为传感器元件13具有温度补偿功能,所以即使使用的部位的温 度变化,磁性膜12的磁阻效应也变化,仍然能够维持稳定的精度。
[0152] 图12中表示采用将传感器元件13、43加入在两个桥式电路中的结构的示例。电 压计27连接于传感器元件13、43与桥式阻抗51、52之间的连接点54、55 (平衡点)。通过 像这样将两个传感器元件并联地加入在桥式电路中,从平衡点获取输出,从而能够提高输 出的灵敏度。
[0153] 传感器元件43采用与传感器元件13相同的构造,并且相对于施加纵向偏置磁场 的磁铁20的纵向偏置磁场的方向(纵向)反向倾斜地形成有导电体27的传感器元件。如 果像这样构成,则如图9 (b)所示,传感器元件13和传感器元件43的磁阻效应反向偏置,输 出的增益变高。
[0154] 而且,传感器元件13、43的施加纵向偏置磁场的磁铁20使用具有相同温度特性的 磁铁。另外,即使这样连接,也可以说是电压计27测定传感器元件13的两端的电压。这是 因为电压计27隔着传感器元件43测定传感器元件13的两端电压的缘故。
[0155] (实施方式5)
[0156] 在实施方式4所示的电能测定装置5中能够搭载具有施加倾斜偏置磁场的磁铁40 的传感器元件13。图13中表示这种结构的电能测定装置5的结构示例。是采用图10(a) 所示的具有施加倾斜偏置磁场的磁铁40的传感器元件代替图11的具有螺旋条纹型构造的 传感器元件的示例。而且,符号40a、40b表示施加倾斜偏置磁场的磁铁40的磁极。
[0157] 另外,图14中例示了采用具有第一磁性膜12和第二磁性膜42的传感器元件13、 43的情况。而且,施加倾斜偏置磁场的磁铁40由传感器13、14共用。传感器元件13、43分 别隔着桥式阻抗51、52共用电极14a。而电极14b直接共用。另外,电压计27测定传感器 元件13、43与桥式阻抗51、52之间的连接点53、54的电压。如图12中所述的那样,该情况 下也可以说是电压计27计测传感器元件的两端电压。
[0158] 这些电能测定装置5也因为各个传感器元件13、43具有温度特性补偿功能,所以 即使使用的部位的温度变化,第1磁性膜12和第2磁性膜42的磁阻效应发生变化,也能够 维持稳定的精度。
[0159] [实施例]
[0160] 以下表示关于磁阻效应的温度补偿的实施例。图15中表示实验电路。磁性膜12 为在玻璃基板上成膜79透磁合金(permalloy)的派射膜。膜厚为0.3ym。将该膜通过光 刻法形成为长度1〇_、宽度Imm的短条状。在两端通过蒸镀厚度0.1ym的铜膜而形成电极 14a、14b〇
[0161] 玻璃基板上的磁性膜12配置在载置于珀尔帖元件上的导热板60上,放入真空腔 室62中。作为产生外部磁场用的磁铁65和施加纵向偏置磁场的磁铁20,将电磁铁配置在 真空腔室62的外侧。磁性膜12的端子电压14a、14b用数字万用表64测定阻抗值。
[0162] 导热板60的温度用数据记录器(datalogger)测定并记录。将导热板60的温度 作为磁性膜12的温度。关于测定,首先将真空腔室中减压至0 1气压,用珀尔帖元件使导热 板60的温度变化,使磁性膜12的
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