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    TMR磁阻在水表、燃氣表上的應用 - 磁傳感器知識 - 傳感器知識庫
    磁傳感器知識

    TMR磁阻在水表、燃氣表上的應用

    發布日期:2019年06月15日    瀏覽次數:1848

    隨著電子通信技術的飛速發展,水表、燃氣表也越來越智能化,不但減少了人工抄表的工作量,人們的繳費的方式也更便捷。作為計量傳感部分的關鍵器件,TMR磁阻在水表、燃氣表上采用的也越來越多,尤其是國內比較知名的大的表廠。實踐證明TMR磁阻使得表計的功耗更低,計量更準確。下面介紹下TMR磁阻在水表、燃氣表上的應用。

     

    水表

    目前使用最多的脈沖式智能水表,由機械部分與電子部分組成,機械部分與電子部分位于同一殼體內,一般稱為機電一體式水表,如密封做的不好,水表會出現漏水,或者水汽進入電子部分。一方面導致電子部分容易出現故障,另一方面在進行維修時,需要將整個水表拆卸下來才能進行,帶來維護的不便。近些年來智能水表的研究更多集中在如何更精確的計量以及更智能化的管理方面,在安裝和維修的便捷性方面往往有所忽略。隨著使用年限的增長,水表維修量的增多,對維修的時效性和成本提出更多的要求。水司等使用方對機電分離水表的需求也非常迫切,很多項目的已經指定用機電分離的水表,國內各大水表廠商也在積極研發生產機電分離的水表。 

                                                           

                                     機電一體水表                                      機電分離水表


    機電分離水表結構和原理

    傳統的機電一體式的脈沖水表,常用傳感器都采用干簧管、霍爾和磁阻。因機電一體式水表,磁鋼和傳感器部分都在玻璃罩下面,磁鋼和磁傳感器離的很近,磁性很強,對靈敏度及器件的一致性沒有太高的要求。為了安裝和維護方便,機電分離表機表和電子部分完全分開,傳感器部分己經放到機表玻璃殼的外面,完全跟磁鋼分開,機表玻璃罩加上電子部分的外殼,磁鋼和傳感器部分的距離達到1CM以上,因空間及磁路要求的限制,成本不能太高,磁鋼通常采用釤鈷材質,磁性也不能太不強,如太強會導致,磁傳感器不能正常的釋放斷開,這樣對傳感部分的靈敏度和一致性提出更高的要求。機電分離水表的原理是通過如下圖的磁鐵轉動的時候,會交替通過兩個磁阻,兩個磁阻根據磁場強度的變化交替的導通和關斷,產生依次為11101101的有規律變化的脈沖,作為進行計數和正反轉的判斷的基準。

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                                                     傳感器模塊                                機電分離水表            


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              脈沖輸出波形

     

    磁傳感器類型 

     

    干簧管

       干簧管通常由兩個軟磁性材料做成的、有磁時吸合無磁時斷開的金屬簧片,如下圖所示。干簧管在機電一體的水表中還有應用,但因靈敏度低的問題在機電分離表中,已經完全不能使用。

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    霍爾

    霍爾是利用霍爾效應做的磁傳感器,磁場的敏感方向是垂直于芯片表面,如下圖所示。

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    霍爾在機電分離水表中的應用,主要存在兩個問題:1、功耗大,雖然很多霍爾器件為了降低功耗,在器件內部加了分時供電處理,但功耗仍然很高,為了進一步降低功耗,很多表廠用一個單片機的IO控制霍爾芯片的供電管腳,定時給霍爾加電斷電,再通過另一個IO口輪詢霍爾的輸出狀態,從而導致單片機頻繁的喚醒,霍爾頻繁的上電斷電,增加了單片機的工作量,也增加了單片機程序的控制的復雜性。2、霍爾很難做到高的靈敏度,一般的霍爾開關的動作點最靈敏的,能做到30GS左右,這樣的動作點對于機電分離需要高靈敏度的結構,很難達到要求。即使能勉強滿足靈敏度的要求,霍爾還有一致性的問題,動作點op和恢復rp點的分布區間很大,很難保證一致性,距離遠,磁場本身就很弱,從而出現輸出的脈沖占空比的畸變,導致數據采集部分發生時序錯誤。所以在機電分離水表中霍爾因為功耗和靈敏度的問題,很少被使用。

     

    TMR磁阻

        TMR是隧道磁電阻的簡稱,是最新一代磁阻傳感器,磁場的敏感方向是平行于芯片表面,如下圖所示。跟前幾代磁阻和霍爾比,具有更高的靈敏度和更低的功耗,阻值可以做到幾兆歐,是其他磁阻的阻值的近千倍,因此功耗可以做的非常低。

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    在機電分離水表的同時要求低功耗和高靈敏度的應用場合,TMR的優勢完全發揮出來,同時還能保證高的頻率響應。常規的TMR磁開關功耗在1.5uA,沒有休眠模式,一直在工作狀態,頻響可以做到1KHZ甚至到5KHZ,頻響是其他同等功耗產品的幾百到上千倍,從而不會出現因頻響不夠而漏計脈沖的現象。對于頻響要求不高的應用,為了使功耗進一步降低,芯片內部加分時供電處理,能做到業界內最低0.2uA的超級微功耗 ,同時還能保證50HZ頻率響應。根據不同廠家水表的結構要求,多維科技可以提供不同靈敏度不同封裝的,單極、全級和雙級鎖存,斷電自保持等全系列的TMR產品。水表應用領域常用的型號有TMR1302TMR1362TMR1202 TMR1262TMR1366TMR1208等。同時可以提供專業參考設計和技術支持。

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    燃氣表

        脈沖式燃氣表的工作原理跟水表的原理很像,只不過是結構不同,一般燃氣表在字輪的上方和下方各放置一個小的電路板,電路板上焊上干簧管,在字輪上嵌一個磁鐵,當字輪轉動時,磁鐵依次通過上下兩個干簧管,依次出現脈沖。因干簧管存在易碎、勞損,焊接不方便,體積大等問題,也正在逐步被磁開關芯片取代,從低功耗、高靈敏度和高頻響的特性來看,TMR磁開關是非常理想的選擇,已經有很多燃氣表廠,陸續采用TMR磁阻方案 ,提高了性能和生產效率、降低了成本。

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                                            字輪                                          燃氣表               

     

    多維科技完全自主研發生產TMR磁阻傳感器,已經批量生產多年,廣泛應用于工業、三表、消費電子、白色家電和物聯網等行業,并得到廣泛的認可。


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