基于双路磁阻传感器的金属管浮子流量计的研究

磁阻传感器工作原理
 
各向异性磁阻（AMR）发生在铁质材料中，如图4-1所示。当施加的外磁场垂直于用铁质材料制成的薄板中的电流时，它本身的电阻值明显有变化。磁阻传感器感应沿着空间一个方向的磁场，在此模式范围内，它们属于霍尔效应传感器和SQUID（超导量子干涉装置之间的传感器）。SQUID可测量比1μOe还小几个数量级的磁场。金属管浮子流量计磁阻传感器通常用于测量1μOe到10Oe的磁场。惠斯顿电桥是磁阻传感器的基础电气元件。
 
图4-1说明了磁阻传感器的工作原理和一个磁阻（MR）板对外部磁场的典型响应。图4-2所示为用四个磁控电阻器制成的惠斯顿电桥，带有一个供电电压bV，使电流通过电桥。如图所示，施加一个偏磁场，使在所有电阻中的磁化强度和电流间有一个约45°的夹角。如果电阻器是同一种结构，则所有四个电阻器的电阻是相同的，正交施加磁场h使两个反向放置的电阻器因磁化而转向电流，使电阻有一个增量?R。在剩下的两个反向放置的电阻器中，由于磁化而转离电流，导致电阻减少?R。
 
金属管浮子流量计电桥输出为VoutRR?Vb。作为施加磁场函数的电桥输出out?V被称为传感器的传递函数。在线性区内，输出与施加的磁场成正比（b?V?shV）。灵敏度S和传递函数的线性范围对于传感器来说是两个重要特征。传递函数的线性范围与灵敏度成反比。
磁阻传感器是由长条铁磁薄膜（如透磁合金、镍铁合金）制成的。用标准的半导体技术将这些薄膜熔制在硅片上。板的厚度有几百埃（150-500），宽度为几十微米（10-50），长度从几百至几千微米。
 
金属管浮子流量计磁阻传感器为异态检测提供独特的、高灵敏度的解决方案，可根据物体的磁性信号特征对其进行识别。这些特性可应用于检测如武器等的安全系统中，或用于在收费公路上对车辆进行检测。它特别适用于货币鉴别、跟踪系统、虚拟设备、固态电子定向罗盘等，与磁铁组合也可用于齿轮的传感。磁阻传感器可感应出芯片平面内沿一个方向的磁场，这使其可与能感应沿芯片平面法向磁场的霍尔效应装置区别开来。通过这种功能，设计者可以按照霍尔效应传感器无法使用的几何构型使用金属管浮子流量计磁阻传感器。
 
HMC1512是Honeywell公司生产的高分辨率、低功耗的磁阻传感器，是由磁阻合金薄膜组成的惠斯顿电桥。可用于测量磁铁的磁场角方向，其分辨率低于0.07°，角度范围为-90°~+90°。使用其测量磁场方向与磁场强度的优点包括：对温度不敏感，抗震性能良好，能承受磁场和传感器间较大的变化。此传感器在3V电压供电下可拥有0~5MHz带宽响应。当磁场强度大于80Oe时，其工作在饱和状态，在这种状态下，磁阻传感器只对磁场的方向敏感，即可以反映出磁场方向和传感器的磁敏方向之间的角度。