magnetoresistiver Sensor

Magnetoresistiver Sensor: Für besonders präzise Messungen

Ein magnetoresistiver Sensor zeichnet sich dadurch aus, dass er besonders präzise Messungen durchführen kann. Er nutzt dabei einen Effekt, der schon seit dem 19. Jahrhundert bekannt ist – allerdings erst seit der Mitte des 20. Jahrhunderts technisch nutzbar gemacht werden konnte. Heute sind solche Sensoren in Handys, Autos, medizinischen Geräten oder Werkzeugrobotern nicht mehr wegzudenken.

Was ist ein magnetoresistiver Sensor?

Ein magnetoresistiver Sensor basiert darauf, dass der elektrische Widerstand in einer ferromagnetischen Dünnschichtlegierung durch ein äußeres Magnetfeld geändert wird. “Ferrum” ist lateinisch und steht für “Eisen”. In der Regel kommen gemischte Legierungen zum Einsatz, beispielsweise Eisen und Nickel. Diese Sensoren sind ausgesprochen klein, durch ihr besonderes Material robust und arbeiten überaus sparsam. Sie werden deshalb überall dort mit Vorliebe eingesetzt, wo keine kontinuierliche Energieversorgung besteht.

Anwendungen: Wofür dient ein magnetoresistiver Sensor?

Ein magnetoresistiver Sensor kommt für die folgenden Anwendungsgebiete in Frage:

  • Weg- und Winkelmessung
  • Bestimmung magnetischer Felder
  • Hochdynamische Strommessung
  • Berührungslose Schalter
  • Dynamische Messungen unter extremen Bedingungen (z.B. in Fahrzeugmotoren)

Wie funktioniert ein magnetoresistiver Sensor bzw. wie miss ein magnetoresistiver Sensor?

Bekannt ist vor allem die Nutzung des AMR-Effekts (“anisotrope magentoresisitver Effekt). Der Widerstand ist dabei abhängig von dem Winkel zwischen der Stromrichtung und der Magnetisierung (M), die durch ein äußeres Magnetfeld beeinflusst werden kann. In einem 90 Grad Winkel ist der Widerstand dabei am kleinsten. Seinen größten Wert gewinnt er, wenn der Strom parallel fließt.

Vereinfacht gesagt funktioniert ein magnetoresistiver Sensor also auf die folgende Art: Ein Objekt mit einem eigenen Magnetfeld nähert sich dem Sensor. Der elektrische Widerstand ändert sich in der Folge. Dadurch lässt sich erkennen, in welchem Winkel das äußere Magnetfeld (und damit das Objekt) zum Sensor steht. Durch die Magnetisierung des Feldes lässt sich zudem die Distanz beschreiben.

Die Messungen sind ausgesprochen präzise – dies gilt auch unter schwierigen Bedingungen. Die Sensoren kommen so vor allem in extremen Bedingungen zum Einsatz.

Wie ist ein magnetoresistiver Sensor aufgebaut?

Eine einfache ferromagnetische Schicht genügt nicht, um eine möglichst optimale Magnetfeldmessung durchzuführen. Stattdessen kommen eine magnetische Vorzugsrichtung in der X-Achse (der horizontal ausgerichteten Achse) des ferromagnetischen Materials des Sensors zum Einsatz. Diese sogenannte magnetische Anisotropie hat eine einaxiale Anisotrope-Feldstärke von etwa 250A/m. Auf diese Weise wird die Magnetisierung wieder eingestellt, auch wenn ihre Richtung eigentlich durch das äußere Feld gedreht wurde.

Im Klartext: Durch den Eingriff wird das magnetische Feld des Sensors gegen das äußere Feld “in die Spur” zurückgedrückt. Dieser Effekt lässt sich als Widerstandsüberwindung messen.

Je nach Einsatzzweck kann ein magnetoresistiver Sensor durch kleine niederohmige Metallstreifen veredelt werden, um die Messgenauigkeit unter bestimmten Winkeln weiter zu verfeinern.

Welche leitenden Materialen kommen in einem magnetoresisitiven Sensoren zum Einsatz?

Gewöhnlich arbeiten die Sensoren mit Eisen, Kupfer, Nickel, Gold oder Aluminium.

Vorteile und Nachteile eines magnetoresisitiven Sensors

Vorteile:

  • Extrem präzise Messungen
  • Robust
  • Sehr klein
  • Sparsam
  • Breite Anwendungsgebiete
  • Für extreme Umgebungen geeignet

Nachteile:

  • Kompliziert im Aufbau

Weitere Interessante Artikel

Induktiver Sensor

Erfahren Sie alles über den Aufbau sowie die Funktionsweise eines induktiven Sensors.

» Induktiver Sensor

Kapazitiver Sensor

Erfahren Sie alles über den Aufbau sowie die Funktionsweise eines kapazitiven Sensors.

» Kapazitiver Sensor

Füllstandssensor

Erfahren Sie alles über den Aufbau sowie die Funktionsweise des Füllstandssensor.

» Füllstandssensor