ДАТЧИК МАГНИТНОГО ПОЛЯ Российский патент 1997 года по МПК G01R33/06 

Описание патента на изобретение RU2084912C1

Изобретение относится к области измерительных преобразователей и может быть использовано в устройствах преобразования электрического тока, измерения величины и мощности электрического тока, измерения напряженности и ориентации вектора магнитного поля, измерения линейных и угловых перемещений.

Известны тонкопленочные магниторезисторы, выполненные по мостовой схеме. Такая схема необходима для компенсации температурного дрейфа "нуля", который происходит за счет изменения номинального электросопротивления R с температурой. Как правило, магниторезисторы, кроме магниторезистивного (МР) элемента, содержат дополнительные электрические или магнитные элементы для линеаризации полезного сигнала (Ленц Д. Э. Обзор магнитных датчиков. ТИИЭР, 1990-Т. 78, N 6, с. 87-102). Однако наряду с учтенными имеется еще один источник погрешности преобразователя, который обусловлен зависимостью анизотропии магнитосопротивления ΔR от температуры. Он приводит к изменению чувствительности магниторезистора с температурой. В известных конструкциях магниторезисторов температурная компенсация чувствительности не производится.

Наиболее близким по конструктивным особенностям к заявляемому является магниторезистор, содержащий пермаллоевый пленочный МР элемент в виде четырехплечего моста и систему пленочных постоянных магнитов. Hill E.W. Britwistle J.K. Spattered permanent magnet arrays for MR sensor bias. IEEE Tr. Magn 1987. V. 23, N 5, P. 2419-2421.

Магниты PtCo предназначены для создания смещающего магнитного поля (магнитного смещения) и тем самым для обеспечения двуполярного и линейного полезного сигнала. Параметры и расположение магнитов выбраны из расчета получения оптимальной чувствительности магниторезистора при комнатной температуре. Температурная зависимость чувствительности при этом не учитывается. Исходя из температурной зависимости ΔR пленок пермаллоя, это приводит к погрешности преобразования магниторезистора более 0,1% град.

Технический результат состоит в уменьшении погрешности преобразования путем термокомпенсации чувствительности магниторезистора.

Указанный результат достигается тем, что датчик магнитного поля, содержащий магниторезистивный элемент и постоянный магнит, отличается тем, что используется постоянный магнит, температурный коэффициент остаточной индукции αв, которого и создаваемое им при фиксированной температуре T0 смещающее поле Hb(T0) удовлетворяет соотношению:

где для магниторезистора αт температурный коэффициент чувствительности при постоянном смещающем поле;
αн(To) коэффициент зависимости чувствительности от смещающего поля при фиксированной температуре.

Соотношение (1) основано на том, что чувствительность магниторезистора в рабочей области температур и смещающих полей рассматривается как линейная функция этих параметров

где η(To, Hво) значение чувствительности при фиксированных температурах и смещающем поле. Кроме того, смещающее поле выбирается линейно зависящим от температуры
Hв(T) = Hв(To)[1+αв(T-To)] (3)
где Hb(T0) значение смещающего поля при фиксированной температуре. Совокупности (2) и (3) приводят к отсутствию температурной зависимости чувствительности, если выполняется (1). Таким образом изменение чувствительности из-за температурной зависимости МР эффекта компенсируется соответствующим температурным ходом смещающего поля.

Наличие в датчике постоянного магнита (ПМ" с определенной взаимосвязью между температурным коэффициентом остаточной продукции и создаваемым им смещающим полем является существенным признаком, отличающим заявляемое изобретение от прототипа и определяющим его соответствие критерию "новизна".

На фиг. 1 дано схематическое изображение датчика, включающего МР элемент 1 на подложке 2 и постоянный магнит 3 с намагниченностью На фиг. 2 представлены зависимости чувствительности магниторезистора от температуры для случаев создания смещающего поля катушками Гельмгольца (кривая 1) и магнитом из феррита бария (кривая 2).

Датчик включает магниторезистивный элемент 1 на подложке 2 и постоянный магнит 3 с намагниченностью.

Изготовлен датчик, содержащий пермаллоевый пленочный магниторезистивный (МР) элемент 1 и композиционный постоянный магнит 3 (ПМ) из феррита бария. Схематическое изображение его приведено на фиг. 1. МР элемент получен на кремниевой подложке методом проекционной фотолитографии. Он имеет структуру четырехплечего моста, каждое из плечей которого выполнено в форме наклонного меандра. Температурная зависимость чувствительности такого элемента показана на фиг. 2 (кривая 1). Она измерена при постоянном смещающем поле (6,5 мТл), которое создавалось катушками Гельмгольца (в отсутствии ПМ), и дает αт-0,13% /град. Коэффициент αн(To) был определен при комнатной температуре (T0=20oC) из экспериментальной зависимости Его величина составила 10% мТл.

Композиционный ПМ изготовлен по металлопластической технологии из порошка феррита бария, который имеет αв-0,2%/град. Согласно формуле (1) для указанных значений коэффициентов термокомпенсация чувствительности реализуется, если ПМ будет создавать поле смещения с индукцией 6,5 мТл. В частности, такое поле смещения было получено от пластины с остаточной индукцией 0,01 Тл и размерами 6х5х0,6 мм, расположенной на расстоянии L=1,1 мм от МР элемента.

Зависимость η(T)( для термокомпенсированного магниторезистора показана на фиг. 2 (кривая 2). Величина температурного коэффициента чувствительности для него составляет 0,01%/град, что на порядок ниже, чем для магниторезистора без температурной компенсации. Соответственно в 10 раз уменьшилась погрешность преобразования, обусловленная температурной зависимостью чувствительности.

Похожие патенты RU2084912C1

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ 1990
  • Юров Алексей Сергеевич
  • Осман Вольдемар Зигмундович
  • Маслов Владимир Васильевич
  • Федюкович Надежда Ивановна
RU2016373C1
Буровое шарошечное долото (его варианты) 1983
  • Перлов Григорий Фомич
  • Барабашкин Игорь Иванович
  • Кунцяк Ярослав Васильевич
  • Китаев Александр Вениаминович
SU1105599A1
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ И ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ В СКВАЖИНЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2004
  • Асманов Рамиль Нуруллинович
  • Даниленко Виталий Никифорович
  • Шокуров Владимир Филиппович
RU2284500C2
Абсолютный датчик угла поворота 2023
  • Трушин Сергей Александрович
  • Федоров Сергей Евгеньевич
RU2820033C1
БЕСКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК СКОРОСТИ АВТОМОБИЛЯ 2004
  • Захаров Иван Сафонович
  • Яцун Сергей Федорович
  • Сысоева Светлана Станиславовна
RU2270452C2
СПОСОБ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ РАБОЧЕЙ ЧАСТОТЫ УСТРОЙСТВ НА ПОВЕРХНОСТНЫХ МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ 1992
  • Хе А.С.
  • Нам Б.П.
  • Маряхин А.В.
  • Шагаев В.В.
  • Ляховецкий В.Е.
RU2051209C1
ОБНАРУЖИТЕЛЬ ОБЪЕКТОВ ВНУТРИ ТРУБОПРОВОДОВ 2001
  • Петров В.И.
RU2181460C1
БЕСКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК СКОРОСТИ АВТОМОБИЛЯ 2004
  • Захаров И.С.
  • Яцун С.Ф.
  • Сысоева С.С.
RU2260188C1
МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ 1990
  • Володин Н.М.
RU2031354C1
УСТРОЙСТВО АВТОНОМНОЙ РЕГИСТРАЦИИ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ 2013
  • Гончаров Василий Павлович
  • Молочков Виктор Федорович
  • Филатов Михаил Михайлович
RU2533347C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 084 912 C1

Реферат патента 1997 года ДАТЧИК МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой измерительный преобразователь, который может быть использован в устройстве для измерения магнитного поля, электрического тока, линейных и угловых перемещений. Техническим результатом является уменьшение погрешности преобразования за счет термокомпенсации магниторезистора. Он содержит магниторезистивный элемент, выполненный из магнитной пленки по мостовой схеме и постоянный магнит. Магнит создает изменяющиеся с температурой смещающее поле, величина которого и температурный коэффициент остаточной индукции магнита связаны определенным соотношением, включающим температурный коэффициент чувствительности магниторезистора при постоянном смещающем поле и коэффициент зависимости чувствительности от смещающего поля при фиксированной температуре. Наличие такого магнита при использовании пермаллоевого магниторезистивного элемента позволяет уменьшить погрешность преобразования за счет термокомпенсации чувствительности в 10 раз до величины 0,01%/град. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 084 912 C1

Датчик магнитного поля, содержащий магниторезистивный элемент и магнит, отличающийся тем, что используется постоянный магнит, температурный коэффициент остаточной индукции αв которого и создаваемое им при фиксированной температуре To смещающее поле Hв(To) удовлетворяют соотношению

где для магниторезистора
αт - температурный коэффициент чувствительности при постоянном смещающем поле;
αн(To) -( коэффициент зависимости чувствительности от смещающего поля при фиксированной температуре.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1997 года RU2084912C1

Hill E.W., Britwistle J.K
Spattered permanent magnet arrays for MR sensor bias // IEEE Tr.Magn
Кузнечная нефтяная печь с форсункой 1917
  • Антонов В.Е.
SU1987A1
Прибор для равномерного смешения зерна и одновременного отбирания нескольких одинаковых по объему проб 1921
  • Игнатенко Ф.Я.
  • Смирнов Е.П.
SU23A1
Электрическое устройство для автоматического питания водой паровых котлов 1925
  • Андреев С.И.
SU2419A1

RU 2 084 912 C1

Авторы

Антропов О.В.

Васьковский В.О.

Гогин В.П.

Мухаметов В.Г.

Савин П.А.

Сорокин А.Н.

Станина Е.К.

Даты

1997-07-20Публикация

1993-01-12Подача