DE4212737C1

DE4212737C1 - Compact bridge-connected sensor - has thin-film resistors on substrate

Info

Publication number: DE4212737C1
Application number: DE19924212737
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl.-Phys. Dr. 6334 Asslar De Dettmann; Uwe Dipl.-Phys. 6330 Wetzlar De Loreit; Ernst-August Dipl.-Ing. 6483 Bad Soden-Salmuenster De Heidler
Original assignee: Gebr Maerzhaeuser Wetzlar & Co Kg 6330 Wetzlar De GmbH; Kroeplin 6490 Schluechtern De GmbH; Hund Helmut GmbH; Leica Mikroskopie und Systems GmbH
Current assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date: 1992-04-16
Filing date: 1992-04-16
Publication date: 1993-07-08
Anticipated expiration: 2012-04-17

Abstract

The sensor comprises four thin-film resistor strips (11,12,13,14) of equal value, size and response characteristic formed on a substrate (9) parallel to an edge (19) and connected as a Wheatstone bridge. The bridge is energised at two terminals (17,18) and its output signals are available at two other terminals (15,16). The resistors (11,14) are set close together with the further pair (12,13) spaced towards the other edge of the substrate (9). When used to measure a variable quantity (8), e.g. a magnetic field, the resistors (11,14) provide the principal elements of response and being connected (10) in a bridge diagonal any induced change in their value provides an additive signal at the terminals (15,16). USE/ADVANTAGE - For measuring magnetic fields, humidity, electromagnetic radiation etc. Small size and high sensitivity. Is able to measure gradient i.e. rate of change of a variable as well as absolute value at a point.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Sensor nach dem Oberbegriff des An spruchs 1.The invention is based on a sensor according to the preamble of the saying 1.

Bekanntlich wird bei Sensorelementen eine Brückenschaltung verwen det, wenn die durch den Einfluß der Meßgröße bewirkte Wider standsänderung im Vergleich zum Widerstandswert selbst klein ist und wenn der Widerstandswert außer von der Meßgröße auch noch von anderen physikalischen Parametern abhängt, die in diesem Fall als Störgrößen zu betrachten sind. Um den Störgrößeneinfluß zu kompen sieren, reicht es auch aus, Anordnungen zu verwenden, in denen nur ein Brückenzweig aus Dünnschichtwiderständen besteht, die von der zu messenden Größe abhängen. Der andere Brückenzweig kann aus un veränderlichen Widerständen aufgebaut sein. So eine Anordnung wird in der Offenlegungsschrift DE 33 17 594 beschrieben. Die beein flußbaren Widerstände sind hier vom Magnetfeld abhängig. Da sich die Dünnschichtwiderstände bei direkter Einwirkung eines bestimm ten Magnetfeldes in gleicher Weise verändern, ist mit der Anord nung der Gradient des Magnetfeldes in Richtung der Reihenschaltung der beiden Dünnschichtwiderstände meßbar. Da die Widerstandswerte der beiden anderen Brückenwiderstände unveränderlich sind, resul tiert die Ausgangsspannung der Brücke nur aus der Spannungsände rung zwischen beiden magnetfeldabhängigen Widerständen. Für die Verdoppelung des Betrages dieser Ausgangsspannungen und damit der Meßempfindlichkeit wird für eine weitere Anordnung deshalb vorge schlagen, im zweiten Brückenzweig ebenfalls magnetfeldabhängige Dünnschichtwiderstände anzuordnen. Diese müssen sich dann jedoch gegensinnig zu denen im ersten Brückenzweig ändern. Das ist für die vorgestellte Anordnung dadurch möglich, daß die Längsrichtung der Widerstandsstreifen im zweiten Brückenzweig um 90° gegen die im ersten gedreht ist. Um eine hochempfindliche Messung des Feld gradienten durchführen zu können, müssen die einzelnen Schichtwi derstände in Feldrichtung um einen Mindestbetrag voneinander ent fernt liegen. Das erfordert erheblichen Platz, wenn diese Richtung mit der Streifenlängsrichtung zusammenfällt, was aber bei um 90° gegeneinander gedrehten Streifen stets der Fall ist. Mit dem er heblichen Platzbedarf sind hohe Herstellungskosten der Dünn schichtanordnung verbunden. Im allgemeinen ist für die Messung an derer physikalischer Größen das Prinzip der Empfindlichkeitsver doppelung durch gegensinnige Widerstandsänderung in den beiden Brückenzweigen schon deshalb nicht vorteilhaft anwendbar, weil es die Verwendung ganz anderer Materialien in beiden Zweigen zur Vor aussetzung hat, was wiederum zu hohen Herstellungskosten führt.As is known, a bridge circuit is used in sensor elements det, if the caused by the influence of the measured quantity level change compared to the resistance value itself is small and if the resistance value is not only of the measurand but also of other physical parameters, which in this case as Disturbances are to be considered. To compensate for the influence of the disturbance variable sieren, it is also sufficient to use arrangements in which only a bridge branch consists of thin film resistors, which by the depend on the size to be measured. The other bridge branch can from un variable resistances. Such an arrangement will in the published patent application DE 33 17 594. The affected flowable resistances are dependent on the magnetic field. That I the thin film resistances when a certain Change the magnetic field in the same way is with the arrangement the gradient of the magnetic field in the direction of the series connection of the two thin film resistors measurable. Because the resistance values of the other two bridge resistances are unchangeable, resul the output voltage of the bridge only from the voltage changes tion between the two magnetic field-dependent resistors. For the Doubling the amount of these output voltages and thus the Sensitivity is therefore featured for a further arrangement beat, also magnetic field dependent in the second bridge branch Arrange thin film resistors. However, these must then change in the opposite direction to those in the first bridge branch. This is for the arrangement presented possible in that the longitudinal direction the resistance strip in the second bridge branch by 90 ° against the is rotated in the first. To make a highly sensitive measurement of the field To be able to carry out gradients, the individual layers must in the field direction by a minimum amount lie far away. That requires considerable space if this direction coincides with the longitudinal direction of the strip, but at 90 ° strips turned against each other is always the case. With which he considerable space requirements are high manufacturing costs of the thin layer arrangement connected. In general, for the measurement whose physical quantities the principle of sensitivity ver duplication by opposing change in resistance in the two Bridge branches cannot be used advantageously simply because it is the use of completely different materials in both branches suspension, which in turn leads to high manufacturing costs.

Aus der DE 30 11 462 A1 ist ein Magnetfühler zum Erfassen feiner Verschiebungen bekannt. Als Fühler kann ein Magnetwiderstandselement verwendet werden, das aus vier zu einer Brücke zusammengeschalteten streifenförmigen Schichtwiderständen besteht, die auf einem Schichtträger aufgebracht sind. Die Schichtwiderstände sind parallel zueinander und zu einem Rand angeordnet und besitzen gleiche Form und Abmessung, so daß in allen vier Widerständen bei direkter Einwirkung eines Magnetfeldes der jeweilige Schichtwiderstand in gleicher Weise verändert wird. Die Fühleranordnung steht einer Fläche gegenüber, die in einem bestimmten Raster magnetische Felder unterschiedlicher Richtung enthält. Die Rastergrenzen sind auf die geometrische Anordnung der Schichtwiderstände abgestimmt. Wenn die Fühleranordnung gegenüber diesem Raster verschoben wird, wirken auf die Brückenwiderstände als Eingangsgröße vier Magnetfelder unterschiedlicher Richtung und Beträge. Der an der Brücke entstehende Meßwert gibt die Verschiebung bzw. die Position der Fühleranordnung gegenüber dem Magnetfeldraster an. Die Fühleranordnung ist nicht dazu geeignet, die Stärke eines Magnetfeldes zu messen.From DE 30 11 462 A1, a magnetic sensor for detecting fine is Known shifts. A can be used as a sensor Magnetic resistance element can be used, which consists of four to one Bridge interconnected strip-shaped sheet resistors exists, which are applied to a substrate. The Film resistances are parallel to each other and to an edge arranged and have the same shape and dimensions, so that in all four resistors with direct exposure to a magnetic field the respective sheet resistance is changed in the same way. The sensor arrangement faces an area which is in a certain raster magnetic fields of different directions contains. The grid boundaries are based on the geometric arrangement of the Film resistances matched. If the sensor arrangement opposite shifted this grid, act on the bridge resistances as an input variable four magnetic fields in different directions and Amounts. The measured value at the bridge gives the Displacement or the position of the sensor arrangement relative to the Magnetic field grid on. The sensor arrangement is not suitable to measure the strength of a magnetic field.

Die Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, Anordnungen für Sensoren in Brückenschaltung anzugeben, die bei geringem Flächenbedarf ein großes Ausgangssignal und damit eine hohe Meßempfindlichkeit er möglichen, die nicht nur in der Lage sind, Gradienten der Ein gangsgrößen sondern auch die Eingangsgröße selbst zu messen, ohne dazu gegenläufig ändernde Widerstände zu benötigen und die einfach und billig herstellbar sind.The object of the invention is therefore arrangements for sensors to be specified in a bridge circuit, which requires little space large output signal and thus a high sensitivity possible ones that are not only able to gradient the one output variables but also to measure the input variable itself without to need opposing changing resistors and the are simple and cheap to manufacture.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merk male gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen oder Aus gestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 12.This object is achieved by the Merk specified in claim 1 times solved. Advantageous further education or training Designs are the subject of claims 2 to 12.

Durch das räumliche Zusammenlegen der jeweils in der üblichen elektrischen Brückenschaltung diagonal zueinander angeordneten Schichtwiderstände und einen Abstand zwischen den beiden Wider standspaaren ist ohne weiteres der Nachweis eines Gradienten der Eingangsgröße möglich. Dabei haben im Falle gleichen Materials und gleicher Abmessungen die jeweils dicht nebeneinanderliegenden Schichtwiderstände wegen ihres geringen Abstandes zueinander bis auf sehr geringe Abweichungen denselben Widerstandswert. Da die Längsrichtung der streifenförmigen Schichtwiderstände senkrecht zum Gradienten der nachzuweisenden Eingangsgröße angeordnet sein kann, ist es möglich, die beiden Widerstandspaare auf einer vorge gebenen Schichtträgerfläche in maximalem Abstand anzuordnen und so die größtmögliche Differenz der Eingangsgröße im Bereich des Sen sors zur Wirkung kommen zu lassen. In beiden Brückenzweigen werden die Widerstandswerte entsprechend der örtlichen Verteilung der Eingangsgröße geändert und es ist so ein großes Brückenausgangs signal und eine hohe Sensorempfindlichkeit gewährleistet.By merging the respective in the usual electrical bridge circuit arranged diagonally to each other Film resistances and a distance between the two resistors Free standing is the proof of a gradient of the Input size possible. In the case of the same material and the same dimensions, the closely adjacent Film resistances up to due to their small distance from each other the same resistance value for very small deviations. Since the Longitudinal direction of the strip-shaped sheet resistors perpendicular be arranged to the gradient of the input variable to be verified can, it is possible to pre-couple the two pairs of resistors the given substrate surface at a maximum distance and so the greatest possible difference in the input variable in the area of the sen to let sors take effect. In both bridge branches the resistance values according to the local distribution of the Input size changed and it's such a big bridge exit signal and a high sensor sensitivity guaranteed.

Da zwischen den dicht nebeneinanderliegenden Schichtwiderständen und zwischen diesen und dem Rand des Schichtträgers keine Verbin dungsleitungen der Brücke verlaufen, kann der Sensor direkt an die Quelle der Eingangsgröße herangebracht werden und die hier befind lichen Schichtwiderstände werden entsprechend des hohen Wertes der Eingangsgröße in starkem Maße geändert. Die beiden anderen Schichtwiderstände sind vorteilhafterweise soweit wie möglich am gegenüberliegenden Schichtträgerrand angeordnet. Bei starker räum licher Änderung nahe der Quelle ist die Eingangsgröße hier schon so gering, daß ihr Einfluß auf die entfernter liegenden Schichtwi derstände vernachlässigbar ist. In diesem Fall ist der Wert der Eingangsgröße direkt bestimmbar und die beiden weit von der Quelle entfernten Schichtwiderstände dienen lediglich der Kompensation von Störeinflüssen.Because between the closely spaced film resistors and no connection between these and the edge of the layer support cables of the bridge, the sensor can be connected directly to the Source of the input variable and which are located here Liche film resistances are according to the high value of Input size changed to a great extent. The two others Film resistances are advantageously as far as possible on opposite edge of the substrate arranged. With strong space The input variable here is already a change near the source so small that their influence on the more distant strata is negligible. In this case the value is the Input size can be determined directly and the two far from the source removed sheet resistances are used only for compensation of interference.

Die gesamte Brückenschaltung befindet sich in einer einzigen Schichtebene. Deshalb ist ihre Herstellung in einem oder wenigen Schritten möglich und damit sehr rationell. Um die Schichtträger fläche möglichst voll auszunutzen, können ein oder mehrere Schichtwiderstände auch aus mäanderförmig gestalteten Schicht streifen bestehen.The entire bridge circuit is in one Layer level. That is why their manufacture is in one or a few Steps possible and therefore very efficient. To the substrate One or more can make full use of the area Sheet resistors also made of a meandering layer stripes exist.

Der Nachweis von Eingangsgrößen, die keinen Gradienten aufweisen, ist ebenfalls möglich, erfordert jedoch eine wei tere Ausgestaltung der Anordnung. Dafür sind in den Unteransprü chen vorteilhafte Ausführungen angegeben.The proof of input variables that have no gradient, is also possible, but requires a white tere design of the arrangement. For that are in the subclaims Chen specified advantageous designs.

So ist zum Nachweis von elektromagnetischer Strahlung nach dem Bo lometerprinzip im Bereich der beiden dicht nebeneinanderliegenden Schichtwiderstände der Schichtträger stark abgedünnt, im Bereich der beiden restlichen Schichtwiderstände ist die Dicke erheblich größer. Hier befindet sich auch der Wärmekontakt zur Umgebung. Bei Einstrahlung stellt sich die Temperatur im Bereich der dicht ne beneinanderliegenden Schichtwiderstände auf einen hohen Wert ein. Die Schichtwiderstände haben einen temperaturabhängigen Wider standswert. Damit entsteht bei Einstrahlung ein Brückenausgangs signal. Dieses kann in seiner Größe noch verstärkt sein, wenn die beiden dicht nebeneinanderliegenden Schichtwiderstände von einer die Strahlung absorbierenden Schicht überdeckt sind und wenn dazu noch die beiden restlichen Schichtwiderstände unter einer reflek tierenden Schicht angeordnet sind, da in diesem Fall die Tempera turdifferenz zwischen beiden Bereichen der Brücke weiter erhöht ist.So for the detection of electromagnetic radiation after the Bo principle in the area of the two close to each other Layer resistances of the layer carriers are greatly thinned, in the area the thickness of the other two sheet resistors is considerable greater. This is also where the thermal contact with the surroundings is. At Irradiation raises the temperature in the area of the densely ne adjacent layer resistances to a high value. The sheet resistors have a temperature-dependent resistance status value. This creates a bridge exit when irradiated signal. This can be increased in size if the two closely spaced sheet resistances of one the radiation absorbing layer is covered and if so the two remaining sheet resistances under one reflec turing layer are arranged, since in this case the tempera difference between the two areas of the bridge further increased is.

Zum Nachweis von Feuchtigkeit werden Widerstände eingesetzt, deren Widerstandswert vom Wassergehalt abhängig ist. Im Bereich der dicht nebeneinanderliegenden Schichtwiderstände kann die Feuchtig keit aus der Atmosphäre einwirken. Die beiden restlichen Schicht widerstände befinden sich unter einer wasserundurchlässigen Schicht. Ihr Widerstandswert bleibt deshalb bei Feuchtigkeitsein wirkung konstant. Es entsteht so ein feuchtigkeitsabhängiges Brückenausgangssignal.Resistances are used to detect moisture Resistance value depends on the water content. In the field of The moisture can be very close to each other influence from the atmosphere. The remaining two layers resistors are under a waterproof Layer. Your resistance value therefore remains when it is moist effect constant. This creates a moisture-dependent Bridge output signal.

Zum Nachweis von Magnetfeldern sind in der Anordnung Schichten mit magnetfeldabhängigem Widerstandswert vorhanden. Dabei sind alle vier Brückenwiderstände vorteilhafterweise von gleicher Abmessung und bestehen aus gleichem Material. Nur die beiden restlichen Schichtwiderstände sind von einer weichmagnetischen Schicht mit hoher Permeabilität abgedeckt. Bei Anliegen eines räumlich kon stanten Magnetfeldes wirkt dieses voll auf die beiden dicht neben einanderliegenden Schichtwiderstände ein, so daß sich deren Wider standswert ändert. Am Ort der beiden restlichen Schichtwiderstände ist das Magnetfeld fast vollständig aufgehoben, da durch die gute magnetische Leitfähigkeit der überdeckenden hochpermeablen Schicht die Magnetfeldlinien nur in dieser verlaufen. Die beiden restli chen Schichtwiderstände behalten ihren Widerstandswert also unver ändert bei. So entsteht ein Brückenausgangssignal, das gemäß der Magnetfeldabhängigkeit der Schichtwiderstände dem angelegten Mag netfeld entspricht. Die magnetischen Widerstandsschichten haben normalerweise auch einen von der Temperatur abhängigen Widerstand. Wenn aber alle vier Schichtwiderstände auf einem gut wärmeleiten den Schichtträger angeordnet sind, ändert sich die Temperatur und damit der Widerstandswert aller Schichtwiderstände durch diesen Einfluß in gleichem Maße. Am Brückenausgang hebt sich dieser Tem peratureinfluß also auf.Layers are included in the arrangement to detect magnetic fields Magnetic field dependent resistance value available. Everyone is there four bridge resistors advantageously of the same size and are made of the same material. Only the other two Sheet resistors are made of a soft magnetic layer high permeability covered. If a spatially con constant magnetic field, this fully affects both of them closely opposite layer resistors, so that their resistance status value changes. At the location of the two remaining film resistors the magnetic field is almost completely eliminated because of the good magnetic conductivity of the covering, highly permeable layer the magnetic field lines only run in this. The two rest Chen film resistors keep their resistance value unchanged changes at. This creates a bridge output signal, which according to the Magnetic field dependence of the sheet resistances to the applied mag netfeld corresponds. Have the magnetic resistance layers usually a temperature dependent resistor. But if all four film resistors conduct heat well on one the layers are arranged, the temperature changes thus the resistance value of all sheet resistances through this Influence to the same extent. This temp rises at the bridge exit temperature influence on.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und dessen Wirkungsweise wird anhand der Zeichnung erläutert. Fig. 1 zeigt die allgemein bekannte Wheatstone-Brückenschaltung. In Fig. 2 ist eine erfin dungsgemäße Anordnung dargestellt, die zur Messung von Magnetfel dern dient.An embodiment of the invention and its mode of operation will be explained with reference to the drawing. Fig. 1 shows the well-known Wheatstone bridge circuit. In Fig. 2 an inventive arrangement is shown, which is used for measuring magnetic fields.

In Fig. 1 sind vier Widerstände 1, 2, 3, 4 in üblicher Weise zu einer Brücke geschaltet. An zwei Kontakten 7 und 8 wird die Be triebsspannung angelegt oder der Betriebsstrom eingespeist. Die Brückenspannung wird vom eingezeichneten Meßgerät angezeigt, sie kann auch an zwei Kontakten 5 und 6 abgenommen und weiter verar beitet werden. Die vier Widerstände 1, 2, 3, 4 sind in ihrem Wi derstandswert vom Magnetfeld abhängig. Die Widerstandswerte ohne angelegtes Magnetfeld sind gleich. Ebenso ist die Magnetfeldab hängigkeit der vier Widerstände gleich. Wird die in Fig. 1 darge stellte Brücke nicht nur als elektrische Schaltung, sondern auch als geometrische Anordnung verstanden, so entsteht bei Einschalten irgendeines Magnetfeldes keine Brückenspannung, auch dann nicht, wenn das Magnetfeld räumlich nicht konstant ist, also einen Gra dienten besitzt. Ebenso führt eine Temperaturabhängigkeit der vier Widerstände 1, 2, 3, 4 bei Änderung der Temperatur der Gesamtan ordnung zu keinem Ausgangssignal.In Fig. 1, four resistors 1 , 2 , 3 , 4 are connected in a conventional manner to form a bridge. At two contacts 7 and 8 , the operating voltage is applied or the operating current is fed. The bridge voltage is indicated by the measuring device shown, it can also be removed from two contacts 5 and 6 and processed further. The four resistors 1 , 2 , 3 , 4 are dependent on the magnetic field in their resistance value. The resistance values without an applied magnetic field are the same. The magnetic field dependency of the four resistors is also the same. If the bridge shown in FIG. 1 is understood not only as an electrical circuit, but also as a geometric arrangement, no bridge voltage arises when any magnetic field is switched on, even if the magnetic field is not spatially constant, that is to say has a gradient. Likewise, a temperature dependence of the four resistors 1 , 2 , 3 , 4 does not result in an output signal when the temperature of the overall arrangement changes.

In der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 2 sind ebenfalls vier in Abmessung und Material gleiche Schichtwiderstände 11, 12, 13, 14 angeordnet. Die Darstellung ist eine Aufsicht auf einen Schichtträger 9, auf dem alle Funktionsteile als Dünnschichten aufgebracht und strukturiert wurden. Die Widerstände 11, 12, 13, 14 sind parallele Dünnschichtstreifen, die aus einer Nickel-Eisen- Legierung bestehen. Ihr Widerstandswert ist ohne Magnetfeld gleich, er nimmt ab, wenn senkrecht zur Streifenlängsrichtung ein Magnetfeld in der Schichtebene einwirkt. Die vier Widerstände 11, 12, 13, 14 sind mittels Verbindungsleitungen 10 in gleicher Weise wie in Fig. 1 zu einer Wheatstone-Brücke verbunden. Die Brücken spannung der Brücke wird an zwei Kontakten 15, 16 gemessen. Wie aus Fig. 2 zu ersehen, gibt es keine Überkreuzung der Verbindungs leitungen 10. Das zeigt, daß alle Widerstands- und Verbindungs schichten in einer Ebene liegen und so in einfacher Weise her stellbar sind.In the arrangement according to the invention according to FIG. 2, four sheet resistors 11 , 12 , 13 , 14 of the same size and material are also arranged. The illustration is a top view of a layer support 9 , on which all functional parts have been applied and structured as thin layers. The resistors 11 , 12 , 13 , 14 are parallel thin-film strips which consist of a nickel-iron alloy. Their resistance value is the same without a magnetic field; it decreases when a magnetic field acts in the layer plane perpendicular to the longitudinal direction of the strip. The four resistors 11 , 12 , 13 , 14 are connected by means of connecting lines 10 in the same way as in FIG. 1 to form a Wheatstone bridge. The bridge voltage of the bridge is measured at two contacts 15 , 16 . As can be seen from Fig. 2, there is no crossover of the connecting lines 10th This shows that all resistance and connection layers are in one plane and can be easily produced here.

Wie die Fig. 2 weiter zeigt, liegen hier die beiden Schichtwider stände 11, 14 räumlich dicht nebeneinander. In der elektrischen Ersatzschaltung nach Fig. 1 liegen sie einander diagonal gegen über. Zwischen beiden Schichtwiderständen 11, 14 befindet sich keine Verbindungsleitung und der Rand 19 des Schichtträgers 9 ver läuft parallel in unmittelbarer Nähe des Schichtwiderstandes 11. Zwischen den beiden nebeneinanderliegenden Schichtwiderständen 11, 14 und den beiden restlichen Schichtwiderständen 12, 13 ist ein Abstand vorhanden, der wesentlich größer ist als die Breite der Schichtwiderstandsstreifen und der Verbindungsleitungen 10.As further shown in FIG. 2, the two film resistors 11 , 14 are spatially close together. In the electrical equivalent circuit according to FIG. 1, they lie diagonally opposite one another. There is no connecting line between the two sheet resistors 11 , 14 and the edge 19 of the layer support 9 runs in parallel in the immediate vicinity of the sheet resistor 11 . There is a distance between the two adjacent sheet resistors 11 , 14 and the two remaining sheet resistors 12 , 13 , which is considerably larger than the width of the sheet resistance strips and the connecting lines 10 .

Wird an die bisher beschriebene Anordnung ein räumlich konstantes Magnetfeld angelegt, das eine Richtung quer zur Streifenlängsrich tung der Schichtwiderstände 11, 12, 13, 14 hat, so nimmt der Wi derstandswert aller Schichtwiderstände 11, 12, 13, 14 um den glei chen Betrag ab und ein Brückenausgangssignal ist nicht vorhanden. Besitzt das angelegte Magnetfeld jedoch einen Gradienten, d. h. beispielsweise, die Feldstärke nimmt mit zunehmendem Abstand vom Rand 19 des Schichtträgers 9 ab, werden die Werte der nebeneinan derliegenden Schichtwiderstände 11, 14 stärker vermindert als die Werte der restlichen Schichtwiderstände 12, 13 und es tritt eine Brückenspannung auf. Bei linearer Änderung der Werte der Schicht widerstände 11, 12, 13, 14 mit der Feldstärke ist die Ausgangs spannung proportional zum Gradienten des Feldes und gibt auch das richtige Vorzeichen wieder.If a spatially constant magnetic field is applied to the arrangement described so far, which has a direction transverse to the longitudinal direction of the strip resistors 11 , 12 , 13 , 14 , the resistance value of all sheet resistors 11 , 12 , 13 , 14 decreases by the same amount and there is no bridge output signal. However, if the applied magnetic field has a gradient, that is to say, for example, the field strength decreases with increasing distance from the edge 19 of the layer support 9 , the values of the layer resistors 11 , 14 lying next to one another are reduced more than the values of the remaining layer resistors 12 , 13 and one occurs Bridge voltage on. When the values of the layer resistances 11 , 12 , 13 , 14 change linearly with the field strength, the output voltage is proportional to the gradient of the field and also reflects the correct sign.

Befindet sich die Magnetfeldquelle in unmittelbarer Nähe des Ran des 19 des Schichtträgers 9, an dem die dicht nebeneinanderliegen den Schichtwiderstände 11, 14 angeordnet sind und ist diese ein räumlich nicht sehr ausgedehnter Dauermagnet, d. h. sein Polab stand ist wesentlich geringer als der Abstand der dicht neben einanderliegenden Schichtwiderstände 11, 14 zu den restlichen Schichtwiderständen 12, 13, so ist eine starke Abnahme der Magnet feldstärke mit dem Abstand vom Dauermagneten vorhanden. Damit ist die Feldstärke am Ort der dicht nebeneinanderliegenden Schichtwi derstände 11, 14 wesentlich größer als am Ort der restlichen Schichtwiderstände 12, 13. Es entsteht durch entsprechende Änderung der Widerstandswerte ein Brückenausgangssignal, das näherungsweise direkt die Feldstärke nahe dem Dauermagneten wiedergibt.Is the magnetic field source in the immediate vicinity of the Ran des 19 of the layer support 9 , on which the layer resistors 11 , 14 are arranged close together and this is a spatially not very extensive permanent magnet, that is, its pole spacing is significantly less than the distance between the closely adjacent ones opposing sheet resistors 11 , 14 to the remaining sheet resistors 12 , 13 , there is a sharp decrease in the magnetic field strength with the distance from the permanent magnet. The field strength at the location of the closely adjacent layer resistors 11 , 14 is thus substantially greater than at the location of the remaining layer resistors 12 , 13 . A corresponding change in the resistance values results in a bridge output signal which approximately directly reflects the field strength close to the permanent magnet.

Die Messung homogener Magnetfelder wird durch die gestrichelt ein getragene Komplettierung der Anordnung entsprechend Fig. 2 mög lich. Über den beiden restlichen Schichtwiderständen 12, 13 ist dort isoliert in einer anderen Ebene eine zusätzliche Schicht 20 aufgebracht, die aus hochpermeablem, weichmagnetischem Material besteht und deren Dicke groß gegen die der Schichtwiderstände 11, 12, 13, 14 ist. Die hohe magnetische Leitfähigkeit der hochperme ablen Schicht 20 bewirkt, daß in ihrer unmittelbaren Nähe, in der sich die beiden restlichen Schichtwiderstände 12, 13 befinden, Magnetfelder mit Richtung parallel zur Schichtebene im wesentli chen aufgehoben werden. Damit bleiben die Werte der beiden restli chen Schichtwiderstände 12, 13 bei Anlegen eines homogenen Magnet feldes an die Gesamtanordnung ungeändert. Es entsteht ein Brücken ausgangssignal infolge der Änderung der Werte der beiden dicht ne beneinanderliegenden Schichtwiderstände 11, 14. Das Brückenaus gangssignal ist doppel so groß als wenn nur ein magnetfeldabhän giger Widerstand benutzt worden wäre. Eine Gegenläufigkeit der Än derung der Schichtwiderstände 11, 12, 13, 14 ist dazu nicht erfor derlich.The measurement of homogeneous magnetic fields is possible by the dashed line worn completion of the arrangement according to FIG. 2. An additional layer 20 , which consists of a highly permeable, soft magnetic material and whose thickness is large compared to that of the sheet resistors 11 , 12 , 13 , 14, is applied there in a separate layer above the two remaining sheet resistors 12 , 13 . The high magnetic conductivity of the highly permeable layer 20 causes that in its immediate vicinity, in which the two remaining layer resistors 12 , 13 are located, magnetic fields with a direction parallel to the layer plane are essentially canceled. The values of the two remaining film resistors 12 , 13 thus remain unchanged when a homogeneous magnetic field is applied to the overall arrangement. A bridge output signal arises as a result of the change in the values of the two closely spaced film resistors 11 , 14 . The bridge output signal is twice as large as if only a magnetic field-dependent resistor had been used. A reverse movement of the change of the sheet resistors 11 , 12 , 13 , 14 is not necessary for this.

Claims

1.Sensor consisting of four strip-shaped sheet resistors connected together to form a Wheatstone bridge, the resistance of which can be changed by the action of an input variable and which are applied to a layer support, all four resistance values being affected by the input variable (E) acting directly on the respective sheet resistance change in the same way, characterized in that two of the sheet resistors ( 11 , 14 ) which are not directly connected to one another in the electrical bridge circuit lie close together on the layer support ( 9 ) parallel to an edge ( 19 ) and between these two sheet resistors ( 11 , 14 ) and between this and the edge ( 19 ) of the layer support ( 9 ) no connecting or connecting conductor ( 10 ) of the bridge runs that all connecting and connecting conductors ( 10 ) to the two remaining layer resistors ( 12 , 13 ) in the same layer plane how they are and that they are close together Layer resistors ( 11 , 14 ) lying one beside the other form the sensors for the input variable (E).

2. Sensor according to claim 1, characterized in that all the sheet resistances ( 11 , 12 , 13 , 14 ) of the bridge consist of adjacent thin-film strips of the same material and the same dimension with the same longitudinal direction that between the two closely adjacent sheet resistors ( 11 , 14 ) and the remaining film resistances there is a distance which is substantially greater than the strip width of the film resistors and that the input variable has a gradient in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the strip.

3. Sensor according to claim 2, characterized in that at least one of the two closely spaced film resistors ( 11 ) directly on the edge ( 19 ) of the substrate ( 9 ) and this edge ( 19 ) is in the immediate vicinity of the source of the input variable .

4. Sensor according to claim 1, characterized records that one or more of the sheet resistors consist of meanders.

5. Sensor according to claim 1, characterized in that the thickness of the layer support ( 9 ) at the location of the two closely adjacent layer resistors ( 11 , 14 ) is substantially less than at the location of the two rest of the sheet resistors ( 12 , 13 ).

6. Sensor according to claim 1, characterized in that there are one or more additional layers on the layer support ( 9 ) at the location of the sheet resistors ( 11 , 14 ) lying close together.

7. Sensor according to claim 1, characterized in that there are one or more additional layers at the location of the two remaining sheet resistors ( 12 , 13 ).

8. Sensor according to claim 1, characterized in that there are one or more layers whose properties bezüg Lich both at the location of the two closely adjacent sheet resistors ( 11 , 14 ) and at the location of the two remaining sheet resistors ( 12 , 13 ) However, the input variable (E) are different.

9. Sensor according to claim 6, characterized in that the sheet resistors ( 11 , 12 , 13 , 14 ) have egg nen dependent on the temperature resistance and the two closely spaced sheet resistors ( 11 , 14 ) are covered by an electromagnetic radiation absorbing layer .

10. Sensor according to claim 8, characterized in that the sheet resistors ( 11 , 12 , 13 , 14 ) have egg nen dependent on the temperature resistance and the two closely adjacent sheet resistors ( 11 , 14 ) of an electromagnetic radiation absorbing and the rest Sheet resistors ( 12 , 13 ) are covered by a layer reflecting electromagnetic radiation.

11. Sensor according to claim 7, characterized in that the sheet resistors ( 11 , 12 , 13 , 14 ) have egg nen of moisture-dependent resistance and the additional layers on the two remaining layer resistors ( 12 , 13 ) are moisture-impermeable.

12. Sensor according to claim 7, characterized in that the sheet resistors ( 11 , 12 , 13 , 14 ) have egg NEN dependent on the magnetic field resistance and that the additional layers ( 20 ) contiguously at least the area of the two remaining sheet resistors ( 12 , 13th ) cover, are soft magnetic and have a high permeability.