JPH08304466A - 電流計 - Google Patents
電流計Info
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- JPH08304466A JPH08304466A JP8116706A JP11670696A JPH08304466A JP H08304466 A JPH08304466 A JP H08304466A JP 8116706 A JP8116706 A JP 8116706A JP 11670696 A JP11670696 A JP 11670696A JP H08304466 A JPH08304466 A JP H08304466A
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- G01—MEASURING; TESTING
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- G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
- G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
- G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
- G01R15/205—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices using magneto-resistance devices, e.g. field plates
Abstract
を提供する。 【解決手段】 この電流計は、磁気抵抗材料から基板の
第一の面の上に配置された薄い層に形成された素子と、
第一の方向(XX′)に沿った二つの領域で磁気抵抗素
子に接続され、該素子に電流を供給できるようにする第
一の接続手段と、第一の方向(XX′)に垂直な第二の
方向(YY′)に沿って配置された二つの領域で磁気抵
抗素子に接続される第二の接続手段とを備える。この電
流計によって、好ましくは第一の方向(XX′)に平行
な方向(ZZ′)に配向した導体中を流れる電流の値の
測定が可能になる。
Description
に詳しくいえば、平面ホール効果磁気抵抗素子を備える
電流計に関する。この電流計は差動回路遮断器にも応用
できる。
に、平らなホール効果磁気感受素子を基にした低い磁界
センサが記述されている。
性薄膜における異方性磁気抵抗効果の横方向測定を利用
している。図1は磁気感受層を示す。電流Iが層の方向
XX′に流れ、抵抗率を方向YY′で測定する。この抵
抗率はセンサに加えられる磁化Mの関数として変化す
る。更に、それは磁化と電流の方向XX′の間の角度θ
の関数である。
ホール効果センサの二つの主な利点は、第一に、関連す
る技術が非常に簡単になること、第二に、低い周波数
(1ヘルツ付近)におけるノイズの主成分である熱ドリ
フトが約4桁も減少することである。このセンサはその
構造によって、その供給方向に垂直な磁界成分のみに感
受性を有するようにできる。その寸法を磁区(magn
etic domain)の大きさより小さくできる。
これによって壁の移動に関連するノイズ源をなくすこと
ができる。この種のセンサの原型について、4桁を越え
る初期応答の測定を行った(Applied Phys
ics Letters、1995年5月15日号所載
のA.Schuhl,F.Nguyen−Van−Da
uおよびJ.R.Childressの論文参照)。
磁気抵抗材料から基板の第一の面の上に配置された薄い
層に形成された素子と、第一の方向(XX′)にある二
つの領域で磁気抵抗素子に接続され、該素子に電流を供
給できるようにする第一の接続手段と、第一の方向(X
X′)に垂直な第二の方向(YY′)に沿って配置され
た二つの領域で前記磁気抵抗素子に接続された第二の接
続手段とを備える電流計に関する。
実施例について説明する。
正方形にすることが好ましいが、長方形にすることもで
きる。この素子は、平面ホール効果を得るために使用で
きる磁気抵抗材料の薄い層の形で形成される。この材料
は層の平面に配向した異方性を有することが好ましい。
たとえば、層の厚さは0.01μmから1μmの範囲
(たとえば、0.02μm)であり、素子1の幅と長さ
は10μmから50μmの範囲(たとえば、20μm)
である。軸XX′に沿って、素子1はその二つの端部
に、素子1中に電流iを流す電源2の接続を可能にする
接続領域2′、2″を有する。この電流iは直流電流
で、一定であることが好ましい。
軸に沿って二つの接続素子3′、3″が接続される。そ
れらの接続素子によって電圧測定器または抵抗率測定器
3が接続できるようになる。各接続領域2′、2″と各
接続素子3′、3″の幅は素子1の一つの側の幅と同じ
である。更に、ジョンソンノイズおよび電力消費に関連
する制約を低減するために、それらの接続領域の幅を迅
速に広くするようにされている。
流れを測定可能にする手段が設けられる。
ると、横方向(方向ZZ′に沿う)磁界を発生し、この
磁界はセンサで検出できる。以下の桁数の計算から分か
るように、導体の幅が素子1とセンサの間の距離より広
いという制限内にあると有利である。導体4と素子1の
間の絶縁体の選択は、測定すべき電流の範囲に依存す
る。この絶縁体は層1の上に付着された層でも、較正さ
れた自由空間でもよい。唯一の制約は、この導体中の電
流の流れに関連する磁界がセンサのレベルに最低一つの
横成分を有するように、ワイヤがセンサの供給方向に平
行でなければならないことである。特に、この導体を図
2に示すようにセンサの真上に配置する必要はない。
れた磁界の大きさの計算は次の式によって行う。
導体4と素子1の間の距離である。
を得る。
合には、この電流計の感度は電流線4と素子1の間の距
離からは独立している。
本発明の二つの例示的応用例を示す。これらの応用例
は、10nTから1mTまでの範囲の磁界を検出する同
じ一つの検出素子を有する二つの異なる構造に対応す
る。
に説明する。
m、その結果B/I=2.1mT/A=21mG/mA
となる。
の結果B/I=3.15 10-5T/A=0.315G
/Aとなる。
ら500mAまでの電流を測定する。構成2に従って製
作したセンサは、300μAから30Aまでの電流を測
定する。センサの典型的な感度が100V/T.A.で
あり、センサの素子1に供給される電流が10mAの場
合には、電流計について得られた感度は、構成1の場合
は2.1mV/A、構成2の場合は31.5μV/Aで
ある。
の例を示す。
面とは反対側の面に導体4が配置される、本発明の別の
実施形態を示す。この場合、基板は絶縁基板でなければ
ならず、その厚さが素子1と導体4の間の距離Dを決定
する。
ると、無接触電流計、すなわち、電気回路素子(たとえ
ば、ワイヤ)に接続する必要なしにその素子中を流れる
電流の測定を可能にする装置の製作が可能である。この
ために、図5aと図5bに示すように、センサの被制御
距離を可能にする回路素子4用の機械的ハウジングが設
けられる。たとえば、図5aにおいて、基板の素子1と
反対側の裏面に、強さIを測定すべき電流が流れる導体
を、軸ZZ′に沿って配置できるようにする手段が設け
られる。それらの配置手段は基板の上に引いた参照マー
クであってもよい。図5aによれば、導体を置く溝7を
設けることが計画されている。溝の代わりにボスを設け
ることも計画できる。
縁体層6に設けている。
切るように置くことにより、回路素子4の横寸法Lが不
明であること、またはこの寸法が素子とセンサの間の距
離より充分大きくないかもしれないということに起因す
る問題が解決できる。各センサについて行う測定と、セ
ンサの間の距離についての知識とを用いて、二つの未知
量、すなわち回路素子の横寸法と電流の強さを推定でき
る。
直径)がワイヤとセンサの間の距離と同じ程度の大きさ
である場合には、電流を一層正確に測定できる。
基板上に並べて置いた特定の例を示す。
サC1とC3で同一の応答が得られるまで全てのセンサ
を動かす。そうすると、測定すべき電流は次式によって
与えられる。
2およびC2−C3)の間の距離、B2とB3はセンサ
C2、C3の応答である。
を電流計クランプ(図5c)などクランプ7の形にでき
る。このクランプは電流計の検出素子1の前に導体を配
置できるようにするものである。次に素子1をクランプ
のアーム中の導体4の付近に配置する。
ては、測定すべき電流が流れる導体を配置するどのよう
な手段も設けないことも可能である。その場合、操作
は、電流計の検出部(素子1)を導体の付近に置き、電
圧(または抵抗率)の最高値を得るようにしてそれを回
転させることに限られる。この最高値が測定値を与え
る。
の差の測定にも関する。
れる二つの導体4と4′における電流の差を、センサC
4、C5で測定するために使用できる電流計を示す。
記した二つのセンサによって測定する。その後でセンサ
の出力信号を場合に応じて増幅してから比較できる。
引き込み線における電流の強さ(Ie)と引き出し線に
おける電流の強さ(Is)の差の測定によって、漏れ電
流の検出が可能になり、したがって電流の入力をカット
することが可能になる。
び航行)や交流装置にも応用できる。
もので、図2に示す実施形態から導かれるものである。
センサの各側に導体4と4′が設けられる。導体4は絶
縁体層6の上に配置され、導体4′は基板5の検出素子
1が配置されている面とは反対側の面に配置される。絶
縁体層3と基板5の厚さは同じであり、したがって導体
4、4′は素子1から同じ距離になる。導体4、4′を
流れる電流は互いに逆向きで、同相であることがわか
る。それらの条件が満たされ、電流が等しいとすると、
電流によって誘導される磁界は素子1の内部では互いに
打ち消し合う。しかし、それらの電流が等しくないとす
ると、より強い方の電流による磁界が優勢で、端子3−
3′で零でない電圧が検出される。
4、4′をセンサの同じ面、たとえば、絶縁体層6の上
に配置することによって差動電流計を製作することもで
きる。その場合は、センサの検出素子1から同一距離に
なるように、導体4、4′を配置できる。
ある。
ある。
を示す図である。
を示す図である。
を示す図である。
な差動電流計を示す図である。
な差動電流計を示す図である。
サを有する電流計を示す図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 磁気抵抗材料から基板の第一の面の上に
配置された薄い層に形成された素子と、 第一の方向(XX′)に沿った二つの領域で磁気抵抗素
子に接続され、該素子に電流を供給できるようにする第
一の接続手段と、 第一の方向(XX′)に垂直な第二の方向(YY′)に
沿って配置された二つの領域で前記磁気抵抗素子に接続
された第二の接続手段とを備える電流計。 - 【請求項2】 磁気抵抗素子の付近で、第一の方向(X
X′)にほぼ平行な第三の方向(ZZ′)に沿って第一
の電流(I)の流れを測定できるようにする第一の手段
を備える請求項1に記載の電流計。 - 【請求項3】 電流の循環を測定できるようにする手段
が、外部回路の接続のための接続手段を備えた導体を備
える請求項2に記載の電流計。 - 【請求項4】 磁気抵抗層が基板の第一の面の上に配置
され、導体が基板の第一の面とは反対側の第二の面の上
に配置される請求項3に記載の電流計。 - 【請求項5】 磁気抵抗層が絶縁体層で覆われ、導体が
該絶縁体層の上に配置される請求項3に記載の電流計。 - 【請求項6】 磁気抵抗層の近くで、第一の方向(X
X′)にほぼ平行な第三の方向(ZZ′)に導体を配置
できるようにする手段を備える請求項1に記載の電流
計。 - 【請求項7】 基板または絶縁体層の第二の面が導体を
第三の方向(ZZ′)に対応する位置に固定する手段を
備える請求項4、5または6のいずれか一項に記載の電
流計。 - 【請求項8】 固定手段が溝を備える請求項7に記載の
電流計。 - 【請求項9】 クランプを備え、このクランプによって
導体をクランプのアームの間でつかむことができ、クラ
ンプのアームの一つが磁気抵抗材料で形成された素子を
備える請求項7に記載の電流計。 - 【請求項10】 第三の方向に平行な第四の方向(T
T′)に沿って第二の電流(I′)の循環を可能にする
第二の手段を備え、これら第一の手段および第二の手段
が磁気抵抗素子から同じ一つの距離にある請求項2に記
載の電流計。 - 【請求項11】 第一の手段および第二の手段が磁気抵
抗素子の各側に配置される請求項10に記載の電流計。 - 【請求項12】 薄い層から形成され、また、接続手段
を備える別の磁気抵抗素子と、 該素子の付近で、前記別の素子に平行な別の方向に第二
の電流を流すことを可能にする手段と、 二つの磁気抵抗素子の接続手段に対して行った電圧測定
の結果を比較する比較手段とを備える請求項2に記載の
電流計。 - 【請求項13】磁気抵抗素子の材料が、該材料の磁化方
向を基板の第一の面に平行な面の方向に維持する異方性
を有する請求項1に記載の電流計。 - 【請求項14】 第二の方向(YY′)に沿った幅が1
0ないし50μmの場合に、磁気抵抗素子の厚さが約
0.01μmないし1μmであり、第一の方向(X
X′)に沿った接続手段の幅が約10μmないし50μ
mである請求項1に記載の電流計。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR9505659 | 1995-05-12 | ||
FR9505659A FR2734058B1 (fr) | 1995-05-12 | 1995-05-12 | Amperemetre |
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