DE69530253T2 - Magnetoresistiver Strommesser - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Stromsensor. Sie bezieht sich insbesondere auf die Schaffung eines Mikrostromsensors, in dem die Messung des über einen Primärleiter fließenden Stroms diesen Strom nicht beeinflußt.
  • Ein erstes herkömmliches Verfahren besteht darin, zur Messung des über einen Leiter fließenden Stroms ein Spulensystem zu verwenden. Der zu messende Strom fließt über eine Primärwicklung, welche einer Sekundärwicklung zugeordnet ist, über die ein Strom fließt, der gemessen wird. Die eigentliche Meßschaltung ist auf diese Weise vom Primärkreis galvanisch getrennt. Fließt ein Strom über die Primärwicklung, so erzeugt dieser Strom ein Magnetfeld, das in der Sekundärwicklung einen Strom induziert, welcher dem Wert des zu messenden Stroms proportional ist (das Proportionalitätsverhältnis hängt vom Windungszahlverhältnis der beiden Wicklungen ab).
  • Ein Nachteil eines solchen Spulenstromsensors liegt darin, daß er aufgrund der Wicklungen verhältnismäßig große Abmessungen aufweist.
  • Ein zweites herkömmliches Verfahren besteht in der Verwendung sogenannter magnetoresistiver Elemente, die u. a. die Eigenschaft besitzen, daß sich ihr spezifischer Widerstand in Abhängigkeit von einem Magnetfeld ändert. Solche Elemente sind vor allem aus Anwendungen bekannt, bei denen, beispielsweise zur Erfassung sehr schwacher Magnetfelder die Messung eines Magnetfeld erforderlich ist, oder aus Anwendungen mit Magnetleseköpfen von Festplatten oder Magnetkartenlesern.
  • 1 zeigt einen als HUNT-Element bezeichneten magnetfeldabhängigen Widerstand. Ein solcher magnetfeldabhängiger Widerstand besteht aus einem magnetoresistiven Stab 1, der aus einem ferromagnetischen Werkstoff hergestellt und parallel zur leicht magnetisierbaren Achse des Werkstoffs (Achse X–X' mit natürlicher Vorzugsrichtung der Elektronenbewegung) geschnitten ist. Die beiden Enden des Stabs 1 sind mit einem Leiter 1' verbunden, und der Stab 1 wird in seiner senkrecht zur Achse X-X' stehenden Ebene mit einem Magnetfeld B beaufschlagt. Das Magnetfeld B bewirkt eine Änderung des spezifischen elektrischen Widerstands zwischen den Enden des Stabs 1. Ist der Leiter an eine Stromquelle angeschlossen, hat diese Widerstandsänderung eine Änderung des über den Leiter 1' fließenden Stroms Im zur Folge. Die Änderung des Widerstands ist der Stärke des Magnetfelds B direkt proportional.
  • Es ist ein Stromsensor mit einem magnetfeldabhängigen Widerstand in Form einer dünnen Schicht bekannt, der zur Messung eines über einen Leiter fließenden Stroms verwendet wird. Ein solcher Stromsensor ist beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 300 635 beschrieben. Bei dieser Anordnung ist ein magnetfeldabhängiger Widerstand auf einen Isolierstoffträger in der Nähe eines Leiters aufgebracht, über den der zu messende Strom fließt.
  • Ein Nachteil eines solchen Stromsensors besteht darin, daß er es nicht erlaubt, den Richtungssinn des zu messenden Stroms zu bestimmen, wenn der magnetfeldabhängige Widerstand parallel zum Leiter angeordnet ist. Für zwei Ströme gleichen Betrags aber entgegengesetzter Richtung ist die Änderung des spezifischen Widerstands nämlich die gleiche. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß die Messungen durch Wärmeabweichungen des magnetfeldabhängigen Widerstands verfälscht werden können. Außerdem ist es bei Serienfertigung möglich, daß zwei Stromsensor selbst der gleichen Fertigungsserie unterschiedliche Meßergebnisse liefern, da zwei magnetfeldabhängige Widerstände unterschiedliche Widerstandskennlinien aufweisen können.
  • Zur Bestimmung der Stromrichtung mit Hilfe eines solchen Stromsensors wird der magnetfeldabhängige Widerstand normalerweise in einem Winkel von ca. 45°C zu dem Leiter angeordnet, der von dem zu messenden Strom durchflossen wird. Der Betrag des Stroms wird dann durch Messung des Winkels zwischen der Ausrichtung des magnetfeldabhängigen Widerstands und der Richtung des Magnetfelds bestimmt, welches sich aus dem Magnetfeld, das durch den zu messenden Strom induziert wird, und dem durch einen zusätzlichen, von einem konstanten Strom durchflossenen Leiter induzierten Magnetfeld ergibt, wobei der zusätzliche Leiter senkrecht zu dem Leiter angeordnet ist, der von dem zu messenden Strom durchflossen wird. Der Richtungsinn des Stroms kann aus der Messung des Widerstandswerts des magnetfeldabhängigen Widerstands abgeleitet werden. Neben der Tatsache, daß bei einem solchen Stromsensor zwei Größen (Winkel und Widerstandswert) zu messen sind, ist der Sensor nicht sehr genau, und zwar insbesondere aufgrund der Hystereeffekte, die sich aus der winkeligen Anordnung des magnetfeldabhängigen Widerstands in bezug zu dem Leiter ergeben, welcher von dem zu messenden Strom durchflossen wird. Außerdem bleiben die Nachteile im Zusammenhang mit der Komplexität der Messungen und der schwer zu erreichenden Wiederholgenauigkeit bei einer Serienfertigung bestehen. Des weiteren verhindert die Anordnung eines zusätzlichen Leiters senkrecht zu dem vom zu messenden Strom durchflossenen Leiter eine flächige Ausführung in der Horizontalebene des Trägers. In der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 539 081 ist ein Stromsensor zur Messung eines Stroms beschrieben, der über einen auf eine Seite eines Isolierstoffträgers aufgebrachten Primärleiter fließt, welcher Stromsensor darüber hinaus einen als ferromagnetische Schicht ausgebildeten und parallel zum Primärleiter angeordneten magnetfeldabhängigen Widerstand sowie einen Polarisationsleiter umfaßt, der parallel zum magnetfeldabhängigen Widerstand angeordnet und an eine Polarisationsstromquelle angeschlossen ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebenen Nachteile durch Schaffung eines Stromsensors mit magnetfeldabhängigem Widerstand zu beheben, der eine genaue Messung sowohl des Betrags als auch der Richtung des Stroms erlaubt.
  • Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, daß zur Durchführung dieser Messung nur eine Größe bestimmt werden muß.
  • Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, daß sich Wärmeabweichungen des magnetfeldabhängigen Widerstands nicht auf die Messung auswirken.
  • Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hohe Wiederholgenauigkeit der Kenndaten des Stromsensors bei Serienfertigung zu ermöglichen.
  • Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stromsensor zu schaffen, der sowohl in der horizontalen Flächenebene als auch in der Dickenebene des Trägers ausgebildet werden kann.
  • Zur Erfüllung dieser Aufgaben sieht die Erfindung einen Stromsensor gemäß Patentanspruch 1 vor. Weitere besondere Ausgestaltungen des Stromsensors sind in den Patentansprüchen 2 bis 9 beschrieben.
  • Mehrere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe der genannten sowie weiterer Aufgaben, Merkmale und Vorteile näher erläutert. Dabei zeigen
  • 1 den bisherigen Stand der Technik und die Problemstellung gemäß obiger Beschreibung;
  • 2 eine erste Ausgestaltung eines Stromsensors gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung;
  • 3 die Widerstandskennlinie des magnetoresistiven Elements des Stromsensors aus 2 und
  • 4 eine Ausgestaltung eines Stromsensors gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung.
  • Zur deutlicheren Darstellung sind die Abbildungen nicht maßstabsgetreu und analoge Teile in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Ein gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung entsprechend der Darstellung in 2 ausgebildeter Stromsensor umfaßt einen magnetfeldabhängigen Widerstand 1 in Form einer auf einen Isolierstoffträger 3 aufgebrachten ferromagnetischen Schicht. Dieser magnetfeldabhängige Widerstand 1 ist parallel zu einem Abschnitt 4 eines Primärleiters 5 angeordnet, der von dem zu messenden Strom I durchflossen wird und in einem Abstand D vom Abschnitt 4 angeordnet ist. Der Primärleiter 5 ist als Leiterbahn ausgebildet, die auf der gleichen Außenseite des Trägers 3 wie der magnetfeldabhängige Widerstand 1 angeordnet ist und zwei Eingangsklemmen 5A bzw. 5B des Stromsensors umfaßt.
  • Nach einer in 2 gezeigten ersten Ausgestaltung ist zwischen dem Abschnitt 4 des Primärleiters 5 und dem magnetfeldabhängigen Widerstand 1 ein Polarisationsleiter 9 zur Polarisierung des magnetfeldabhängigen Widerstands 1 angeordnet. Dieser Polarisationsleiter 9 besteht aus einer auf der gleichen Außenseite des Trägers 3 wie der Primärleiter 5 aufgebrachten Leiterbahn und umfaßt erfindungsgemäß einen parallel zum magnetfeldabhängigen Widerstand 1 verlaufenden Abschnitt 10. Der Leiter 9 ist über seine zwei Endklemmen 9A und 9B mit einer Polarisationsstromquelle verbunden (nicht dargestellt). Die Polarisationsstromquelle liefert einen konstanten Strom.
  • Eine Aufgabe dieses Polarisationsleiters 9 besteht darin, die Widerstandskennlinie des magnetfeldabhängigen Widerstands 1 zu verschieben, ohne sie zu verformen.
  • Diese Aufgabe ist in 3 veranschaulicht. Diese 3 zeigt den Verlauf des Widerstandswerts eines magnetfeldabhängigen Widerstands in Abhängigkeit vom magnetischen Feld, und zwar einmal ohne Polarisierung des magnetfeldabhängigen Widerstands 1 (Kurve A mit durchgezogener Linie) und einmal bei Vorhandensein eines konstanten, parallel zum magnetfeldabhängigen Widerstand fließenden Polarisierungsstroms Ip (Kurve B in gestrichelter Linie).
  • Wie aus dem Diagramm hervorgeht, bewirkt der Polarisationsstrom Ip eine Verschiebung der Kennlinie des magnetfeldabhängigen Widerstands 1. Das durch einen im Leiter 5 fließenden Strom I induzierte Magnetfeld verändert also den Widerstand R in bezug auf einen Widerstandswert R0, der dem durch den konstanten Polarisationsstrom Ip induzierten Magnetfeld H0 entspricht. Es sei darauf hingewiesen, daß die Verschiebung der Widerstandskennlinie des magnetfeldabhängigen Widerstands 1 je nach Richtung des Polarisationsstroms Ip in beiden Richtungen erfolgen kann. Des weiteren sei darauf hingewiesen, daß die Verschiebung der Widerstandskennlinie des magnetfeldabhängigen Widerstands 1 aufgrund der Parallelität zwischen dem Abschnitt 10 und dem magnetfeldabhängigen Widerstand 1 keine Verformung der Kennlinie zur Folge hat.
  • Durch die Verschiebung der Widerstandskennlinie des magnetfeldabhängigen Widerstands wird ein Teilbereich dieser Kennlinie bijektiv. Anders ausgedrückt erhält man nun einen Bereich, in dem einem bestimmten Wert der magnetischen Feldstärke nur ein Widerstandswert R zugeordnet ist. Dadurch ist es möglich, sowohl die Richtung als auch den Betrag des Stroms I aus dem Widerstandswert R abzuleiten. Bei einem Strom von I = 0 ist der Widerstandswert R des magnetfeldabhängigen Widerstands 1 gleich R0. Bei einem Strom I ≠ 0 gibt der Widerstandswert R sowohl den Betrag des Stroms I als auch dessen Richtung an, je nachdem, ob R größer oder kleiner ist als R0.
  • Durch die Parallelität zwischen dem Abschnitt 10 einerseits und dem magnetfeldabhängigen Widerstand 1 sowie dem Abschnitt 4 des Primärleiters 5 andererseits lassen sich sämtliche Hystereseeffekte ausschalten und so die Meßgenauigkeit, insbesondere für kleine zu messende Stromwerte erheblich verbessern. Es sei darauf hingewiesen, daß eine solche Parallelanordnung außerdem die Möglichkeit bietet, den Stromsensor in der horizontalen Flächenebene des Trägers 3 auszubilden.
  • Der Wert Ip des Polarisationsstroms sowie der Abstand zwischen dem Abschnitt 10 des Polarisationsleiters 9 und dem magnetfeldabhängigen Widerstand 1 werden so festgelegt, daß die Änderung des spezifischen Widerstands des magnetfeldabhängigen Widerstands 1 in Abhängigkeit vom Magnetfeld in einem Teilbereich (beispielsweise zwischen Hmin und Hmax) der Kennlinie linear verläuft. Die Plazierung des Meßbereichs in einem linearen Bereich der Widerstandskennlinie des magnetfeldabhängigen Widerstands 1 erlaubt eine Optimierung der Meßgenauigkeit und der Auflösung des Stromsensors. Da außerdem der lineare Bereich insbesondere aufgrund der Parallelanordnung eine starke Steigung aufweist, gelangt man in einen Abschnitt der Kennlinie, in dem die Ansprechempfindlichkeit am größten ist, so daß der Stromsensor eine optimale Meßempfindlichkeit erhält.
  • Vorzugsweise wird ein als Leiterbahn ausgebildeter Sekundärleiter 2 auf der gleichen Außenseite des Trägers, auf der dem Primärleiter 5 abgewandten Seite des magnetfeldabhängigen Widerstands 1 angeordnet. Der Sekundärleiter 2 umfaßt mindestens einen Abschnitt 6, der in einem Abstand d vom magnetfeldabhängigen Widerstand 1, parallel zum magnetfeldabhängigen Widerstand 1 verläuft.
  • Die beiden Klemmen 2A und 2B des Sekundärleiters 2 sind mit einer Stromquelle verbunden (nicht dargestellt), die einen variablen Strom liefert. Die Funktion dieser Stromquelle besteht darin, einen Strom Is zu liefern, der das von dem im Primärleiter 5 fließenden Strom I induzierte Magnetfeld kompensiert. Bei einem Wert Is des Sekundärstroms, der das induzierte Magnetfeld kompensiert, kann so der Wert des Stroms I aus dem Wert des Kompensationsstroms Is abgeleitet werden.
  • Der Strom ist nämlich dem Strom Is proportional, wobei das Proportionalitätsverhältnis von den Abständen D und d zwischen dem magnetfeldabhängigen Widerstand 1 einerseits und dem Primärleiter 5 bzw. dem Sekundärleiter 2 andererseits abhängt. Wenn sich die von den Strömen in den beiden Leitern 5 bzw. 2 induzierten Magnetfelder gegenseitig ausheben, ergibt sich für die Beziehung zwischen dem Strom I im Primärleiter 5 und dem Strom Is im Sekundärleiter 2 die Gleichung I = Is*D/d.
  • Um den Wert des Strom Is zu bestimmen, bei dem das vom Strom I induzierte Magnetfeld kompensiert wird, d. h. bei dem die magnetische Feldstärke im magnetfeldabhängigen Widerstand 1 dem Wert H0 entspricht, ist jedes Ende des magnetfeldabhängigen Widerstands 1 über eine Leiterbahn 7 bzw. 8 mit einer Klemme 1A bzw. 1B verbunden Diese Klemmen 1A und 1B dienen zum Anschluß an die Klemmen eines Voltmeters (nicht dargestellt). Die an den Klemmen des magnetfeldabhängigen Widerstands 1 gemessene Spannung erlaubt die Bestimmung des Betrags und der Richtung des Strom Is, die erforderlich sind, um das vom Strom I induzierte Magnetfeld zu kompensieren. Wenn die vom Voltmeter angezeigte Spannung der Ruhespannung (d. h. der ohne Vorhandensein der Ströme I und Is gemessenen Spannung) an den Klemmen des magnetfeldabhängigen Widerstands 1 entspricht, können so über den Betrag und die Richtung des Stroms Is Betrag und Richtung des Stroms I bestimmt werden. Anders ausgedrückt wird der Strom Is betrachtet, wenn die vom Voltmeter angezeigte Spannung dem Produkt aus Polarisationsstrom Ip und Widerstandswert R0 entspricht.
  • Mann könnte gegebenenfalls auf den Sekundärleiter 2 verzichten und die Spannung an den Klemmen des magnetfeldabhängigen Widerstands 1 direkt zur Bestimmung des Stroms I verwenden. In diesem Fall ist vor der Durchführung von Messungen eine Wertetabelle zu erstellen, in denen der Spannung an den Klemmen des magnetfeldabhängigen Widerstands 1 Werte für den Strom I zugeordnet sind. In diesem Fall ist nämlich keine Beziehung mehr verfügbar, die sich ausschließlich aus den Abständen D und d ergibt, sondern eine Beziehung, die insbesondere die Widerstandskennlinie des magnetfeldabhängigen Widerstands 1 berücksichtigt.
  • Daher ist die Verwendung eines Sekundärleiters vorzuziehen, denn er erlaubt einen Meßabgleich und gewährleistet außerdem, daß sich weder abweichende Widerstandskennlinien mehrerer magnetfeldabhängiger Widerstände aus einer Serienfertigung noch thermische Abweichungen des magnetfeldabhängigen Widerstands auf die Messung auswirken. Unabhängig davon ist es jedoch auch ohne Verwendung eines Sekundärleiters 2 möglich, sowohl den Betrag als auch die Richtung des Stroms I mit Hilfe einer einzigen Größe zu bestimmen.
  • Die Festlegung der Abstände D und d hängt hauptsächlich vom Strommeßbereich des Sensors und insbesondere von der Differenz zwischen den zu messenden Stromwerten I und dem Arbeitsbereich der den Strom Is liefernden Stromquelle ab.
  • Um den Arbeitsbereich der den Strom Is liefernden Stromquelle zu verkleinern, kann ein Sekundärleiter verwendet werden, der als Leiterbahn mit spiralförmig angeordneten geradlinigen Abschnitten ausgebildet ist. Auf diese Weise läßt sich über die Anzahl der in der Nähe des magnetfeldabhängigen Widerstands 1 angeordneten, geradlinigen und parallelen Abschnitte des Leiters 2 die Stärke des vom Strom Is induzierten Kompensationsmagnetfelds vervielfachen.
  • Der magnetfeldabhängige Widerstand 1 besteht aus einem ferromagnetischen Material, beispielsweise aus Eisen-Nickel. Er kann auch aus Eisen, Nickel und Silber gefertigt werden, was seine Ansprechempfindlichkeit erhöht.
  • Die Ausgestaltung der einzelnen, an die Klemmen 1A, 1B, 2A, 2B, 9A und 9B des magnetfeldabhängigen Widerstands 1, des Sekundärleiters 2 und des Polarisationsleiters 9 angeschlossenen Komponenten hängt von der Anwendung ab, in der der erfindungsgemäße Stromsensor eingesetzt werden soll. Es kann z. B. eine Schaltung verwendet werden, die insbesondere die den Strom Ip liefernde Polarisationsstromquelle sowie eine spannungsgesteuerte Kompensationsstromquelle umfaßt, wobei diese Steuerspannung der Spannung an den Klemmen 1A und 1B des magnetfeldabhängigen Widerstands 1 entspricht. 4 zeigt eine Schnittansicht eines Stromsensors gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung. Erfindungsgemäß ist nämlich auch die Schaffung eines Stromsensors vorgesehen, der nicht wie oben beschrieben auf einer Außenfläche eines Isolierstoffträgers, sondern in der Dickenebene eines Trägers ausgebildet ist.
  • In diesem Fall besteht der Stromsensor wie 4 zeigt aus mehreren in der Dickenebene eines Isolierstoffträgers 3 übereinanderliegenden, leitenden Schichten. Dabei sind mindestens ein Abschnitt 4 des Primärleiters auf eine erste Seite des Trägers 3 und mindestens ein Abschnitt 6 des Sekundärleiters auf eine zweite Seite des Trägers 3 aufgebracht. Zwischen den beiden Leiterabschnitten sind in der Dickenebene des Trägers 3 der magnetfeldabhängige Widerstand 1 und mindestens ein Abschnitt 10 des Polarisationsleiters ausgebildet. Anders ausgedrückt besteht der Stromsensor aus einer Anordnung übereinander liegender Schichten, wobei sich die leitenden Schichten 4, 10, 1, 6 jeweils mit Isolierstoffschichten 3 abwechseln. Obwohl dies aus der Schnittdarstellung in 4 nicht hervorgeht, verlaufen sämtliche Abschnitte 6, 4, 10 der Leiter 2, 5 und 9, zumindest in einer der Länge des magnetfeldabhängigen Widerstands entsprechenden Teillänge parallel zueinander und zum magnetfeldabhängigen Widerstand 1. Außerdem weist der Stromsensor eine in bezug zum Sensor aus 2 analoge Funktionsweise auf, auch wenn die Anschlußklemmen der Leiter 2, 5 und 9 des magnetfeldabhängigen Widerstands 1 nicht sichtbar sind. Die Abstände D und d, die das Verhältnis zwischen dem zu messenden Strom I und dem Kompensationsstrom Is bestimmen, entsprechen hier den Teildicken des Isolierstoffträgers 2, die zwischen dem Abschnitt 4 des Primärleiters bzw. dem Abschnitt 6 des Sekundärleiters und dem magnetfeldabhängigen Widerstand 1 ausgebildet sind.
  • Bei der Ausgestaltung gemäß 4 wird das Verhältnis zwischen Primär- und Sekundärstrom also durch die Dauer des Aufbringens der die einzelnen Schichten bildenden Materialien und deren Bearbeitung festgelegt, während dieses Verhältnis bei der mit Bezug auf 2 beschriebenen Ausgestaltung durch das Verfahren zur Herstellung der Leiterbahnen, im allgemeinen einer Fotoätztechnik, bestimmt wird.
  • Ein Vorteil eines flächigen Stromsensors entsprechend der Darstellung in 2 besteht darin, daß der Abstand D zwischen dem Abschnitt 4 des Primärleiters 5 und dem magnetfeldabhängigen Widerstand 1 bei gleichem Trägermaterial (z. B. Silizium) größer ausgeführt werden kann.
  • Ein Vorteil eines Stromsensors mit übereinanderliegenden Schichten gemäß 4 liegt in der größeren Ansprechempfindlichkeit. Bei einem flächigen Stromsensor verläuft nämlich die Ebene, in der die Richtungsvektoren des induzierten Magnetfelds und des Stroms im magnetfeldabhängigen Widerstand wirken, senkrecht zur Ebene der den magnetfeldabhängigen Widerstand bildenden dünnen Schicht. Die Ansprechempfindlichkeit des magnetfeldabhängigen Widerstands ist also in seiner Dickenebene (z. B. einige um) ausgebildet. Bei einem Stromsensor mit übereinanderliegenden Schichten hingegen verläuft die Ebene, in der die Richtungsvektoren wirken, parallel zur Ebene der den magnetfeldabhängigen Widerstand 1 bildenden Schicht (z. B. einige mm), so daß der Strommeßsensor eine höhere Ansprechempfindlichkeit aufweist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Richtungsvektoren des durch den Strom I induzierten Magnetfelds und des Stroms im magnetfeldabhängigen Widerstand 1 immer senkrecht zueinander stehen.
  • Die Isolierstoffschichten 3 (4) können aus dem gleichen Material oder aus verschiedenen Materialien bestehen. Es wäre zum Beispiel möglich, Siliziumoxyd, Glas oder irgendeinen anderen Isolierstoff zu verwenden. Die Verwendung von Glas erlaubt im Vergleich zum Siliziumoxyd aufgrund der derzeit begrenzten technologischen Möglichkeiten insbesondere die Herstellung größerer Dicken. Dadurch läßt sich das Verhältnis D/d vergrößern, um so höhere Ströme messen zu können.
  • Es sei darauf hingewiesen, daß es möglich ist, geschichtete Stromsensor herzustellen, bei denen wie in flächigen Stromsensoren der Sekundärleiter und der Polarisationsleiter identisch sind. Die Anordnung der einzelnen Schichten kann zum Beispiel so erfolgen, daß der Sekundärleiter auf eine erste Seite eines Siliziumträgers mit einer Dicke von einigen hundert um (beispielsweise 300 um) aufgebracht wird. Der magnetfeldabhängige Widerstand wird auf eine zweite Seite dieses Trägers aufgebracht und vom Primärleiter durch eine Glasschicht von einigen mm Dicke getrennt.
  • Der erfindungsgemäße Stromsensor weist einen einfachen Aufbau und kleine Abmessungen auf. Der Abgleich mit Hilfe des Sekundärleiters 2 vereinfacht darüber hinaus die Serienfertigung dieses Strommeßsensors. Darüber hinaus hat der erfindungsgemäße Stromsensor eine hohe Auflösung, was selbst bei kleinen Strömen genaue Messungen erlaubt, ohne auf einen großen Strommeßbereich verzichten zu müssen.
  • Selbstverständlich sind verschiedene Ausführungsvarianten und Änderungen der Erfindung denkbar, die für den Fachmann leicht verständlich sind. Insbesondere können die Abmessungen der einzelnen Leiter und des magnetfeldabhängigen Widerstands in Abhängigkeit von der Anwendung und insbesondere vom jeweils gewünschten Strommeßbereich des Sensors verändert werden.

Claims (9)

  1. Stromsensor zur Messung des Stroms (I) in einem auf eine erste Seite eines Isolierstoffträgers aufgebrachten Primärleiter (5), welcher Sensor einen magnetfeldabhängigen Widerstand (1), der als auf den Träger aufgebrachte, parallel zu einem Abschnitt (4) des Primärleiters (5) angeordnete dünne ferromagnetische Schicht ausgebildet ist, sowie einen Polarisationsleiter (9) umfaßt, der in einem Teilabschnitt (10), dessen Länge mindestens der Länge des magnetfeldabhängigen Widerstands (1) entspricht, parallel zum magnetfeldabhängigen Widerstand (1) verläuft und mit seinen beiden Enden (9A, 9B) an die Klemmen einer Polarisationsspannungsquelle angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationsspannungsquelle einen konstanten Strom (Ip) liefert, der in Abhängigkeit vom Widerstandsverlauf des magnetfeldabhängigen Widerstands (1) festgelegt wird, wobei der genannte magnetfeldabhängige Widerstand mit seinen beiden Enden (2A 2B) an ein Voltmeter angeschlossen ist.
  2. Stromsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Sekundärleiter (2) in Form einer Leiterbahn umfaßt, die zumindest mit einem Teilabschnitt (6) in einem festgelegten Abstand (d) parallel zum magnetfeldabhängigen Widerstand (1) verläuft, wobei der genannte Sekundärleiter (2) mit seinen beiden Enden (2A, 2B) an die Klemmen einer Spannungsquelle angeschlossen ist, die einen variablen Strom (Is) erzeugt, welcher dazu dient, das durch den zu messenden Strom (I) im magnetfeldabhängigen Widerstand (1) induzierte Magnetfeld zu kompensieren.
  3. Stromsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Teilabschnitt (4) des Primärleiters (5) und der genannte Teilabschnitt (6) des Sekundärleiters (2) jeweils in einem bestimmten, vom gewünschten Strommeßbereich des Sensors abhängigen Abstand (D, d) vom magnetfeldabhängigen Widerstand (1) angeordnet sind.
  4. Stromsensor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Teilabschnitt (10) des Polarisationsleiters (9) zwischen dem magnetfeldabhängigen Widerstand (1) und dem genannten Teilabschnitt (4) des Primärleiters (5) und daß der magnetfeldabhängige Widerstand (1) zwischen den genannten Teilabschnitten (10, 6) des Polarisationsleiters (9) und des Sekundärleiters (2) angeordnet ist.
  5. Stromsensor nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Teilabschnitte (4, 10, 6) der Leiter (5, 9, 12) sowie der magnetfeldabhängige Widerstand auf die gleiche Seite des Isolierstoffträgers (3) aufgebracht und in bestimmten Abständen (D, d) zueinander angeordnet sind.
  6. Stromsensor nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Teilabschnitte (4, 10, 6) der Leiter (5, 9, 12) und der magnetfeldabhängige Widerstand (1) übereinander angeordnet und zwischen ihnen einzelne Schichten des Isolierstoffträgers (3) mit bestimmter Dicke ausgebildet sind.
  7. Stromsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Schichten des Isolierstoffträgers (3) aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
  8. Stromsensor nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte magnetfeldabhängige Widerstand (1) aus einer auf den Träger aufgebrachten dünnen Eisen-Nickel-Schicht besteht.
  9. Stromsensor nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte magnetfeldabhängige Widerstand (1) aus einer auf den Träger aufgebrachten dünnen Eisen-Nickel-Silber-Schicht besteht.
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