关于TMR磁阻在水表、燃气表上的应用的介绍和未来的发展

随着电子通信技术的飞速发展，水表、燃气表也越来越智能化，不但减少了人工抄表的工作量，人们的缴费的方式也更便捷。作为计量传感部分的关键器件，TMR磁阻在水表、燃气表上采用的也越来越多，尤其是国内比较知名的大的表厂。实践证明TMR磁阻使得表计的功耗更低，计量更准确。下面介绍下TMR磁阻在水表、燃气表上的应用。

目前使用最多的脉冲式智能水表，由机械部分与电子部分组成，机械部分与电子部分位于同一壳体内，一般称为机电一体式水表，如密封做的不好，水表会出现漏水，或者水汽进入电子部分。一方面导致电子部分容易出现故障，另一方面在进行维修时，需要将整个水表拆卸下来才能进行，带来维护的不便。近些年来智能水表的研究更多集中在如何更精确的计量以及更智能化的管理方面，在安装和维修的便捷性方面往往有所忽略。随着使用年限的增长，水表维修量的增多，对维修的时效性和成本提出更多的要求。水司等使用方对机电分离水表的需求也非常迫切，很多项目的已经指定用机电分离的水表，国内各大水表厂商也在积极研发生产机电分离的水表。  

机电分离水表    

机电一体水表

机电分离水表结构和原理

传统的机电一体式的脉冲水表，常用传感器都采用干簧管、霍尔和磁阻。因机电一体式水表，磁钢和传感器部分都在玻璃罩下面，磁钢和磁传感器离的很近，磁性很强，对灵敏度及器件的一致性没有太高的要求。为了安装和维护方便，机电分离表机表和电子部分完全分开，传感器部分己经放到机表玻璃壳的外面，完全跟磁钢分开，机表玻璃罩加上电子部分的外壳，磁钢和传感器部分的距离达到1CM以上，因空间及磁路要求的限制，成本不能太高，磁钢通常采用钐钴材质，磁性也不能太不强，如太强会导致，磁传感器不能正常的释放断开，这样对传感部分的灵敏度和一致性提出更高的要求。机电分离水表的原理是通过如下图的磁铁转动的时候，会交替通过两个磁阻，两个磁阻根据磁场强度的变化交替的导通和关断，产生依次为11、10、11、01的有规律变化的脉冲，作为进行计数和正反转的判断的基准。

机电分离水表 

传感器模块

脉冲输出波形

磁传感器类型  

干簧管

干簧管通常由两个软磁性材料做成的、有磁时吸合无磁时断开的金属簧片，如下图所示。干簧管在机电一体的水表中还有应用，但因灵敏度低的问题在机电分离表中，已经完全不能使用。

霍尔

霍尔是利用霍尔效应做的磁传感器，磁场的敏感方向是垂直于芯片表面，如下图所示。

     

霍尔在机电分离水表中的应用，主要存在两个问题：1、功耗大，虽然很多霍尔器件为了降低功耗，在器件内部加了分时供电处理，但功耗仍然很高，为了进一步降低功耗，很多表厂用一个单片机的IO控制霍尔芯片的供电管脚，定时给霍尔加电断电，再通过另一个IO口轮询霍尔的输出状态，从而导致单片机频繁的唤醒，霍尔频繁的上电断电，增加了单片机的工作量，也增加了单片机程序的控制的复杂性。2、霍尔很难做到高的灵敏度，一般的霍尔开关的动作点最灵敏的，能做到30GS左右，这样的动作点对于机电分离需要高灵敏度的结构，很难达到要求。即使能勉强满足灵敏度的要求，霍尔还有一致性的问题，动作点op和恢复rp点的分布区间很大，很难保证一致性，距离远，磁场本身就很弱，从而出现输出的脉冲占空比的畸变，导致数据采集部分发生时序错误。所以在机电分离水表中霍尔因为功耗和灵敏度的问题，很少被使用。

TMR磁阻

TMR是隧道磁电阻的简称，是最新一代磁阻传感器，磁场的敏感方向是平行于芯片表面，如下图所示。跟前几代磁阻和霍尔比，具有更高的灵敏度和更低的功耗，阻值可以做到几兆欧，是其他磁阻的阻值的近千倍，因此功耗可以做的非常低。

在机电分离水表的同时要求低功耗和高灵敏度的应用场合，TMR的优势完全发挥出来，同时还能保证高的频率响应。常规的TMR磁开关功耗在1.5uA，没有休眠模式，一直在工作状态，频响可以做到1KHZ甚至到5KHZ,频响是其他同等功耗产品的几百到上千倍，从而不会出现因频响不够而漏计脉冲的现象。对于频响要求不高的应用，为了使功耗进一步降低，芯片内部加分时供电处理，能做到业界内最低0.2uA的超级微功耗 ,同时还能保证50HZ频率响应。根据不同厂家水表的结构要求，多维科技可以提供不同灵敏度不同封装的，单极、全级和双级锁存，断电自保持等全系列的TMR产品。水表应用领域常用的型号有TMR1302、TMR1362、TMR1202 、TMR1262、TMR1366、TMR1208等。同时可以提供专业参考设计和技术支持。               

参数对比

产品类型	干簧管	霍尔	TMR磁阻
寿命	易碎、寿命短	寿命长	寿命长
封装	直插	表贴/直插	表贴/直插
体积	大	小	小
焊接方式	人工焊效率低	机器焊效率高	机器焊效率
功耗	无功耗	功耗高	功耗低
频响	低	一般	频响高
灵敏度	低	低	灵敏度高

       燃气表

脉冲式燃气表的工作原理跟水表的原理很像，只不过是结构不同，一般燃气表在字轮的上方和下方各放置一个小的电路板，电路板上焊上干簧管，在字轮上嵌一个磁铁，当字轮转动时，磁铁依次通过上下两个干簧管，依次出现脉冲。因干簧管存在易碎、劳损，焊接不方便，体积大等问题，也正在逐步被磁开关芯片取代，从低功耗、高灵敏度和高频响的特性来看，TMR磁开关是非常理想的选择，已经有很多燃气表厂，陆续采用TMR磁阻方案 ，提高了性能和生产效率、降低了成本。

燃气表   

               字轮

多维科技完全自主研发生产TMR磁阻传感器，已经批量生产多年，广泛应用于工业、三表、消费电子、白色家电和物联网等行业，并得到广泛的认可。