帶溫度補(bǔ)償功能的傳感器元件和使用該元件的磁傳感器及電能測定裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及被賦予了溫度補(bǔ)償功能的傳感器元件和使用該元件的磁傳感器及電 能測定裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 可以預(yù)測小型磁傳感器的用途會(huì)逐漸擴(kuò)大。特別是電能測定裝置，被認(rèn)為是在基 于石化燃料的電能量利用的目標(biāo)上必不可少的器件。專利文獻(xiàn)1中公開了一種電能測定裝 置，通過將磁傳感器與傳感器阻抗串聯(lián)連接，與電氣回路的負(fù)載并聯(lián)，并且與電氣回路的配 線相鄰設(shè)置，由此能夠計(jì)測負(fù)載的消耗電能。
[0003] 由于這種電能測定裝置大部分能夠以磁性薄膜的大小形成，所以元件整體能夠以 數(shù)mm見方程度的大小進(jìn)行制作。從而，通過在大規(guī)模系統(tǒng)的各種部位分別設(shè)置，能夠監(jiān)視 細(xì)微的消耗電能。
[0004] 另一方面，若用途擴(kuò)大，則預(yù)定使用的的環(huán)境也可預(yù)想到嚴(yán)酷的環(huán)境。特別是溫度 使磁特性變化的情況已眾所周知，為了提高傳感器靈敏度的精度，對磁傳感器而言，溫度補(bǔ) 償是不可或缺的技術(shù)。
[0005] 鑒于該課題，在專利文獻(xiàn)2中公開了一種因在不同溫度的環(huán)境下的磁阻效應(yīng)相對 于所施加的磁場具有規(guī)定的關(guān)系，因而能夠進(jìn)行一定的溫度補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)。
[0006] 即便在利用磁的磁傳感器中，利用磁阻效應(yīng)的磁傳感器也被特別稱為磁阻效應(yīng)型 磁傳感器。該磁阻效應(yīng)型磁傳感器用于檢測對相對于電流流動(dòng)的方向成直角的方向施加的 被測定磁場的大小。而且，將為了進(jìn)行該檢測而預(yù)先對與被測定磁場相同的方向施加的磁 場被稱為偏置磁場。
[0007] 專利文獻(xiàn)2中提及了偏置磁場的大小與磁阻效應(yīng)的關(guān)系。然而，在專利文獻(xiàn)2中 的偏置磁場是指當(dāng)測定對象物的轉(zhuǎn)子的凹部接近時(shí)，對磁傳感器施加的磁場變小，當(dāng)凸部 接近時(shí)，對磁傳感器施加的磁場變大。也就是說，在專利文獻(xiàn)2中所說的偏置磁場實(shí)質(zhì)上是 對磁傳感器的施加磁場（被測定磁場），而不是用于決定磁傳感器的動(dòng)作點(diǎn)的偏置磁場。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)I:TO2012/105459
[0011] 專利文獻(xiàn)2 :日本專利特開2005-049262號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 對于磁阻效應(yīng)型磁傳感器，必須解決以下問題：由于周圍的溫度上升而導(dǎo)致磁性 膜自身的磁特性降低，所以作為傳感器的靈敏度下降。通常由溫度補(bǔ)償電路進(jìn)行處理。然 而，溫度補(bǔ)償電路必須獲取配設(shè)有磁傳感器的部位的溫度信息，必須在磁傳感器的設(shè)置部 位安裝某種溫度傳感器。
[0013] 這會(huì)導(dǎo)致裝置的大型化和設(shè)置工時(shí)的增加。磁傳感器自身能夠消除溫度變化的這 種溫度補(bǔ)償（自我補(bǔ)償）單元在以磁阻效應(yīng)型磁傳感器為代表的磁傳感器中是必不可少 的。
[0014][用于解決課題的手段]
[0015] 本發(fā)明是鑒于上述課題而想到的發(fā)明創(chuàng)造，是對構(gòu)成磁傳感器的傳感器元件賦予 了溫度補(bǔ)償功能的發(fā)明。更具體而言，本發(fā)明涉及的傳感器元件的特征在于，包括：
[0016] 具有磁阻效應(yīng)的磁性膜；
[0017] 用于向上述磁性膜流通電流的、隔著上述磁性膜而對置的一對電極；
[0018] 在上述電極的對置方向上產(chǎn)生第一偏置磁場的施加縱向偏置磁場的磁鐵；和
[0019] 在與上述施加縱向偏置磁場的磁鐵形成直角的方向上產(chǎn)生第二偏置磁場的施加 橫向偏置磁場的磁鐵，
[0020] 上述施加縱向偏置磁場的磁鐵的溫度特性比上述施加橫向偏置磁場的磁鐵的溫 度特性更大。
[0021] 另外，本發(fā)明涉及的傳感器元件的特征在于，包括：
[0022] 具有磁阻效應(yīng)的磁性膜；
[0023] 用于向上述磁性膜流通電流的、隔著上述磁性膜而對置的一對電極；和
[0024] 產(chǎn)生相對于上述磁性膜的縱向?yàn)閮A斜方向的偏置磁場的、具有溫度特性的施加傾 斜偏置磁場的磁鐵。
[0025] 另外，本發(fā)明涉及的磁傳感器為采用上述的傳感器元件的磁傳感器。具體而言，本 發(fā)明涉及的磁傳感器的特征在于，包括：上述的傳感器元件；
[0026] 在上述傳感器元件的兩端電極之間流通電流的電流源；和
[0027] 計(jì)測上述傳感器元件的上述兩端電極之間的電壓的電壓計(jì)。
[0028] 另外，本發(fā)明涉及的電能測定裝置為采用上述的傳感器元件的電能測定裝置。更 具體而目，
[0029] -種電能測定裝置，上述電能測定裝置對在電源與負(fù)載通過連接線而連接的電路 中由上述負(fù)載消耗的電能進(jìn)行計(jì)測，上述電能測定裝置的特征在于，包括：
[0030] 與上述連接線鄰接配置的上述傳感器元件；
[0031] 計(jì)測上述傳感器元件的兩端電壓的電壓計(jì)；
[0032] -端與上述傳感器元件的一端連接的傳感器阻抗；
[0033] 為了相對于上述電源與上述負(fù)載并聯(lián)連接，而在上述傳感器元件的另一端設(shè)置的 第一連接端子；和在上述傳感器阻抗的另一端設(shè)置的第二連接端子。
[0034] 發(fā)明效果
[0035] 本發(fā)明涉及的傳感器元件，預(yù)先對元件施加抑制磁阻效應(yīng)這樣的縱向偏置磁場。 然后，該施加縱向偏置磁場的磁鐵與磁性膜同樣地，具有溫度特性，發(fā)揮作用使得伴隨溫度 的上升而縱向偏置磁場減少。其結(jié)果是，關(guān)于磁性膜的磁阻效應(yīng)，雖然會(huì)因溫度上升而靈敏 度降低，但是由于作為主要抑制因素的縱向偏置也降低，所以能夠維持靈敏度。
[0036] 另外，本發(fā)明涉及的傳感器元件不僅將磁性膜的磁阻效應(yīng)與縱向偏置磁場的溫度 特性抵消，還通過將磁阻效應(yīng)、縱向偏置磁場與橫向偏置磁場相抵消，能夠更細(xì)致地抑制由 溫度引起的靈敏度的變化。
[0037] 特別是利用傾斜偏置磁場的傳感器元件，因?yàn)槟軌騼H采用磁性膜來制作磁性膜， 所以具有以下效果：能夠加大阻抗、制作容易、能夠根據(jù)與傾斜偏置磁場的角度來調(diào)節(jié)靈敏 度。
[0038] 另外，采用該磁傳感器的磁傳感器和電能測定裝置，即使在苛刻的溫度變化下也 能夠維持靈敏度的精度，為構(gòu)筑高可靠性的系統(tǒng)做貢獻(xiàn)。
【附圖說明】
[0039] 圖1是表示傳感器元件的結(jié)構(gòu)和磁阻效應(yīng)的圖。
[0040] 圖2是表不溫度和縱向偏置磁場在磁阻效應(yīng)上體現(xiàn)的影響的圖表。
[0041]圖3是對本發(fā)明涉及的傳感器元件的溫度補(bǔ)償?shù)脑磉M(jìn)行說明的圖。
[0042] 圖4是表示本發(fā)明涉及的傳感器元件的結(jié)構(gòu)的圖。
[0043]圖5是表示本發(fā)明涉及的傳感器元件的其他實(shí)施方式的圖。
[0044] 圖6是表不溫度補(bǔ)償時(shí)的磁場的圖。
[0045] 圖7是表示用于說明其他溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ拇抛栊?yīng)的圖。
[0046] 圖8是表示使用傾斜偏置磁場的傳感器元件的結(jié)構(gòu)的圖。
[0047]圖9是表示使用傾斜偏置磁場，并且使用一對磁性膜的情況下的結(jié)構(gòu)的圖。
[0048] 圖10是表示以C型磁鐵作為施加傾斜偏置磁場的磁鐵的傳感器元件的結(jié)構(gòu)的圖。
[0049]圖11是表示采用了本發(fā)明涉及的傳感器元件的電能測定裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
[0050] 圖12是表示采用了在橋式電路中加入有一對傳感器元件的電路的電能測定裝置 的結(jié)構(gòu)的圖。
[0051]圖13是表示采用了使用傾斜偏置磁場的傳感器元件的電能測定裝置的結(jié)構(gòu)的 圖。
[0052] 圖14是表示采用了一對使用傾斜偏置磁場的傳感器元件的電能測定裝置的結(jié)構(gòu) 的圖。
[0053] 圖15是表示實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
[0054] 圖16是表示示出磁阻效應(yīng)元件的靈敏度與溫度的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0055] 圖17是表示縱向偏置磁場變化時(shí)的靈敏度的變化的圖。
[0056] 圖18是表示進(jìn)行溫度補(bǔ)償時(shí)所必需的縱向偏置磁場的相對于溫度的變化量的 圖。
[0057] 圖19是表示實(shí)際測定溫度補(bǔ)償?shù)膶?shí)驗(yàn)結(jié)果的圖表。
[0058] 圖20是表示將使用傾斜偏置磁場的一對傳感器元件相對于傾斜偏置磁場對稱配 置，調(diào)查使角度變化時(shí)的動(dòng)作點(diǎn)的動(dòng)向的結(jié)果的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0059] 首先，對本發(fā)明的傳感器元件的原理進(jìn)行說明，接著，對具體的結(jié)構(gòu)等進(jìn)行說明。 圖1中首先表示利用磁阻效應(yīng)的磁傳感器1的原理。參照圖1(a)，在基板10上設(shè)置的磁 性膜12成形為短條狀。兩端設(shè)置有電極14a、14b。在該對置電極14a、14b之間通過電源9 流通電流。將對置的電極14a、14b之間的方向或者短條的長邊方向稱為"縱向"。另外，將 與縱向成直角的方向稱為"橫向"。在短條狀的磁性膜12的情況下，短條的寬度方向?yàn)?橫 向"。
[0060] 而且，在本發(fā)明中磁性膜12不僅僅是通過成膜法而形成的膜狀磁體，只要能識別 縱向和橫向，也可以是塊體材料。即，截面可以為圓形，也可以為方形。
[0061] 該短條狀的磁傳感器1當(dāng)被從橫向施加磁場H時(shí)，電極14a、14b之間的阻抗值Rmr 會(huì)發(fā)生變化。這被稱為磁阻效應(yīng)，利用磁阻效應(yīng)的傳感器被稱為磁阻效應(yīng)型磁傳感器。圖 I(b)中用圖表表示磁阻效應(yīng)。橫軸為從橫向施加的磁場H的強(qiáng)度，縱軸為磁性膜12的縱向 的阻抗值Rmr。
[0062] 參照圖1(b)的圖表的左半部分，如眾所周知的那樣，磁阻效應(yīng)為，若來自橫向的 磁場H增加（H1)，則磁性膜12的縱向的阻抗值Rmr(Rmrl)減少。另外，雖然也有增加的情 況，但此處對伴隨橫向磁場H的增加而阻抗值Rmr減少的情況進(jìn)行說明。
[0063] 磁阻效應(yīng)型磁傳感器對于來自橫向的磁場H，無關(guān)方向，只產(chǎn)生相同的阻抗