帶溫度補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
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及被賦予了溫度補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】
[0002] 可以預測小型磁傳感器的用途會逐漸擴大。特別是電能測定裝置，被認為是在基 于石化燃料的電能量利用的目標上必不可少的器件。專利文獻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連接，與電氣回路的負載并聯，并且與電氣回路的配 線相鄰設置，由此能夠計測負載的消耗電能。
[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mm見方程度的大小進行制作。從而，通過在大規(guī)模系統(tǒng)的各種部位分別設置，能夠監(jiān)視 細微的消耗電能。
[0004] 另一方面，若用途擴大，則預定使用的的環(huán)境也可預想到嚴酷的環(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 償是不可或缺的技術。
[0005] 鑒于該課題，在專利文獻2中公開了一種因在不同溫度的環(huán)境下的磁阻效應相對 于所施加的磁場具有規(guī)定的關系，因而能夠進行一定的溫度補償的技術。
[0006] 即便在利用磁的磁傳感器中，利用磁阻效應的磁傳感器也被特別稱為磁阻效應型 磁傳感器。該磁阻效應型磁傳感器用于檢測對相對于電流流動的方向成直角的方向施加的 被測定磁場的大小。而且，將為了進行該檢測而預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2中提及了偏置磁場的大小與磁阻效應的關系。然而，在專利文獻2中 的偏置磁場是指當測定對象物的轉子的凹部接近時，對磁傳感器施加的磁場變小，當凸部 接近時，對磁傳感器施加的磁場變大。也就是說，在專利文獻2中所說的偏置磁場實質上是 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作點的偏置磁場。
[0008] 現有技術文獻
[0009] 專利文獻
[0010] 專利文獻I:TO2012/105459
[0011] 專利文獻2 :日本專利特開2005-049262號公報

【發(fā)明內容】

[0012] 對于磁阻效應型磁傳感器，必須解決以下問題：由于周圍的溫度上升而導致磁性 膜自身的磁特性降低，所以作為傳感器的靈敏度下降。通常由溫度補償電路進行處理。然 而，溫度補償電路必須獲取配設有磁傳感器的部位的溫度信息，必須在磁傳感器的設置部 位安裝某種溫度傳感器。
[0013] 這會導致裝置的大型化和設置工時的增加。磁傳感器自身能夠消除溫度變化的這 種溫度補償（自我補償）單元在以磁阻效應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，是對構成磁傳感器的傳感器元件賦予 了溫度補償功能的發(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] 產生相對于上述磁性膜的縱向為傾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] 計測上述傳感器元件的上述兩端電極之間的電壓的電壓計。
[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載通過連接線而連接的電路 中由上述負載消耗的電能進行計測，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] 計測上述傳感器元件的兩端電壓的電壓計；
[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載并聯連接，而在上述傳感器元件的另一端設置的 第一連接端子；和在上述傳感器阻抗的另一端設置的第二連接端子。
[0034] 發(fā)明效果
[0035] 本發(fā)明涉及的傳感器元件，預先對元件施加抑制磁阻效應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。其結果是，關于磁性膜的磁阻效應，雖然會因溫度上升而靈敏 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與縱向偏置磁場的溫度 特性抵消，還通過將磁阻效應、縱向偏置磁場與橫向偏置磁場相抵消，能夠更細致地抑制由 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，因為能夠僅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、能夠根據與傾斜偏置磁場的角度來調節(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，為構筑高可靠性的系統(tǒng)做貢獻。
【附圖說明】
[0039] 圖1是表示傳感器元件的結構和磁阻效應的圖。
[0040] 圖2是表不溫度和縱向偏置磁場在磁阻效應上體現的影響的圖表。
[0041]圖3是對本發(fā)明涉及的傳感器元件的溫度補償的原理進行說明的圖。
[0042] 圖4是表示本發(fā)明涉及的傳感器元件的結構的圖。
[0043]圖5是表示本發(fā)明涉及的傳感器元件的其他實施方式的圖。
[0044] 圖6是表不溫度補償時的磁場的圖。
[0045] 圖7是表示用于說明其他溫度補償的方法的磁阻效應的圖。
[0046] 圖8是表示使用傾斜偏置磁場的傳感器元件的結構的圖。
[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構的圖。
[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構的圖。
[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構的圖。
[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 的結構的圖。
[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構的 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構 的圖。
[0053] 圖15是表示實施例的實驗裝置的結構的圖。
[0054] 圖16是表示示出磁阻效應元件的靈敏度與溫度的關系的實驗結果的圖。
[0055] 圖17是表示縱向偏置磁場變化時的靈敏度的變化的圖。
[0056] 圖18是表示進行溫度補償時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是表示實際測定溫度補償的實驗結果的圖表。
[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，調查使角度變化時的動作點的動向的結果的圖表。
【具體實施方式】
[0059] 首先，對本發(fā)明的傳感器元件的原理進行說明，接著，對具體的結構等進行說明。 圖1中首先表示利用磁阻效應的磁傳感器1的原理。參照圖1(a)，在基板10上設置的磁 性膜12成形為短條狀。兩端設置有電極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，短條的寬度方向為"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當被從橫向施加磁場H時，電極14a、14b之間的阻抗值Rmr 會發(fā)生變化。這被稱為磁阻效應，利用磁阻效應的傳感器被稱為磁阻效應型磁傳感器。圖 I(b)中用圖表表示磁阻效應。橫軸為從橫向施加的磁場H的強度，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減少的情況進行說明。
[0063] 磁阻效應型磁傳感器對于來自橫向的磁場H，無關方向，只產生相同的阻抗