關(guān)于TMR磁阻開關(guān)傳感器的性能分析和應用介紹

在固態(tài)磁阻傳感器發(fā)展之前，磁力動作的磁簧開關(guān)已經(jīng)廣泛應用了數(shù)十年之久，為位置傳感提供了久經(jīng)考驗且價格便宜的解決方案。隨著霍爾效應技術(shù)的發(fā)展，霍爾效應傳感器開始在一些電池供電的應用中取代磁簧開關(guān)，如手機、筆記本、消費電子和白色家電。

盡管霍爾效應傳感器已經(jīng)成功用于一些低功耗應用領(lǐng)域，但目前在許多應用中它還不能取代磁簧開關(guān)，因為它們無法滿足應用領(lǐng)域?qū)鞲衅鞲哽`敏度和超低功耗的要求。

對于尋找磁簧開關(guān)替代方案以減小開關(guān)尺寸、提高開關(guān)質(zhì)量和耐用性、并最大限度延長電池壽命的設計工程師來說，新型隧道磁阻技術(shù)能夠為他們提供微安級（uA）的開關(guān)功耗，同時還具有高靈敏度的特性，且性價比優(yōu)于磁簧開關(guān)。

一、干簧管

干簧管（ReedSwitch）也稱舌簧管或磁簧開關(guān)，是一種磁敏的特殊開關(guān)，1936年由貝爾電話實驗室的沃爾特.埃爾伍德（Walter B. Ellwood）發(fā)明，他本人已于1940年在美國申請了專利。此后的幾十年時間里，干簧管被工業(yè)界廣泛應用，逐漸成為一種高性價比的磁力位置開關(guān)傳感器。

干簧管通常有兩個軟磁性材料做成的、無磁時斷開的金屬簧片觸點（有的還有第三個作為常閉觸點的簧片），這些簧片觸點被封裝在充有惰性氣體(如氮、氦等)或真空的玻璃管里，玻璃管內(nèi)平行封裝的簧片端部重疊，并留有一定間隙或相互接觸以構(gòu)成開關(guān)的常開或常閉觸點。

由于金屬簧片觸點被密封在玻璃管內(nèi)，所以不受外界環(huán)境的影響，工作非常穩(wěn)定；惰性貴金屬觸點的熔點高，能減少電弧放電對觸點表面的損耗，所以能維持較長時間的工作壽命；利用永久磁鐵能容易地控制簧片開關(guān)，是一種高性能低價格的理想電子零部件。

干簧管幾個重要的基本特性參數(shù)為：

-吸合值（Pull-in Value，簡稱PI值，單位是AT）：這是是干簧管最重要的工作特性，它是線圈工作所必需的工作電流與線圈圈數(shù)的乘積，它表示干簧管的靈敏度，PI值越低意味著干簧管的靈敏度越高。

-開斷值（Drop-out Value，簡稱DO值)：它是當觸點釋放時流過線圈的電流與線圈圈數(shù)的乘積，DO值是和PI值相關(guān)聯(lián)的重要參數(shù)。

-工作壽命：要保證連續(xù)工作達到一定的次數(shù)。

-觸點耐壓(Breakdown Voltage，單位是V)：為保持正常工作，觸點間能夠承受最大開關(guān)電壓，或者對線路中的瞬間過載電壓所能承受的值。

-接觸阻抗(Contact Resistance，單位是mΩ)：觸點在閉合時兩端子間的阻抗，包括導線部分的電阻。

-絕緣阻抗(Insulation Resistance，單位是mΩ)：兩端子間的絕緣阻抗，是對玻璃管以及玻璃管表面漏電流的阻抗。

二、TMR磁開關(guān)傳感器

TMR磁開關(guān)傳感器是一種高靈敏度、高頻響、超低功耗和高精度的磁觸發(fā)數(shù)字開關(guān)，集成了采用高精度推挽式半橋TMR磁傳感器和CMOS集成電路，能將變化的磁場信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字電壓信號輸出。

TMR開關(guān)傳感器通過內(nèi)部電壓穩(wěn)壓器來提供溫度補償電源，并允許寬的工作電壓范圍。TMR開關(guān)傳感器以低電壓工作、極高響應頻率、微安級的供電電流、寬的工作溫度范圍和高ESD耐壓成為眾多開關(guān)類應用的理想選擇。

TMR磁開關(guān)傳感器與干簧管比較

1、流量計中的瞬時流量檢測、大流量報警、逆流檢測等

智能水表一般由電池供電，國家標準要求要智能水表的使用年限為六年，智能水表制造商們的內(nèi)部標準為6+1年，這就對智能水表傳感器的功耗提出了苛刻的要求。由于受傳感器的功耗、壽命、響應頻率的限制，數(shù)字化水表的常用方案是通過齒輪的變速，把傳感器安裝在10升流量位置，檢測10升指針的旋轉(zhuǎn)次數(shù)進行累計，這樣的設計只能測量一段時間內(nèi)的累計流量，而不能測量瞬時流量。目前在智能水表中普遍使用的干簧管，由于其體積大，不宜安裝，影響了表的小型化，智能化；同時由于水錘效應，會發(fā)生抖動現(xiàn)象，影響了計量精度。

多維科技磁阻傳感器采用TMR磁隧道結(jié)技術(shù)，靈敏度高、響應頻率高、功耗低，非常適合于水表、機械式熱量表等電池供電場合應用。

由于TMR磁傳感器的固有特點，非常適合智能水表應用。響應頻率高，達到1kHz以上，可直接測量葉輪的轉(zhuǎn)速，得到水表的瞬時流量，可以實時監(jiān)控用水情況。采用兩個TMR傳感器，根據(jù)四種不同狀態(tài)信號，可以獲得葉輪的旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)方向。通過測量葉輪的轉(zhuǎn)速，多維科技TMR傳感器可以實現(xiàn)：瞬時流量檢測、漏水及大流量報警、逆流檢測等功能。

電子水表

主要產(chǎn)品：(1)TMR1202雙極鎖存型開關(guān)傳感器；(2)TMR1302全極型開關(guān)傳感器

應用要求：(1)直接檢測葉輪轉(zhuǎn)速；(2)高頻響，低功耗，溫度穩(wěn)定性高

性能優(yōu)勢：(1)高頻響特性，保證計量準確，不丟失數(shù)據(jù)；(2)緊湊的開關(guān)點分布，保證輸出方波的占空比穩(wěn)定，可提高計量精度；(3)較高的靈敏度，保證長時間的計量可靠性；(4)良好的溫度特性（功耗和開關(guān)點隨溫度和電壓的變化?。┍ＷC系統(tǒng)的使用壽命和計量可靠性

智能水表

主要產(chǎn)品：TMR1302全極型開關(guān)傳感器

應用要求：（1）檢測指針轉(zhuǎn)速；（2）低功耗，連續(xù)工作，可靠性好

性能優(yōu)勢：（1）連續(xù)工作，1.5uA低功耗特性，保證計量準確，不丟失數(shù)據(jù)；（2）緊湊的開關(guān)點分布，保證輸出方波的占空比穩(wěn)定，可提高計量精度；（3）較高的靈敏度，保證長時間的計量可靠性；（4）良好的溫度特性（功耗和開關(guān)點隨溫度和電壓的變化?。┍ＷC系統(tǒng)的使用壽命和計量可靠性；（5）標準的高低電平，直接接入后端處理器

直讀式水表

主要產(chǎn)品：TMR3002角度傳感器

應用要求：直接檢測字輪位置

性能優(yōu)勢：（1）可配濕式水表，滿足起始流量和成本要求；（2）讀數(shù)字輪360°全圓周測量，測量分辨率取決于模數(shù)轉(zhuǎn)換的實際精度，讀數(shù)準確率100%，不存在臨界狀態(tài)和模糊狀態(tài)；（3）電子元器件的大幅度減少，大大降低了產(chǎn)品因器件故障引起風險；（4）克服了光電直讀方案光通路穿過水表液封介質(zhì)中氣泡時，光的反射與折射引起讀數(shù)誤碼。

2、液位計

液位計是汽車、油氣、田油、水處理站及石油化工裝置自動化控制系統(tǒng)的重要組成部分。以汽車行業(yè)為例，目前汽車液位傳感器行業(yè)主要采用干簧管技術(shù)，但干簧管件與件之間的開關(guān)性能差異較大，而且還需要剪切、彎折引腳，其成本相對較高。另外，干簧管切換時間較長，且玻璃管還很容易破裂。TMR磁開關(guān)傳感器的諸多優(yōu)勢，解決了干簧管在汽車應用上的弊端。

干簧管液位計和TMR液位計比較