JP2002013996A - Pressure detecting device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、圧力検出装置に関
し、より詳細には、圧力検出機能を高機能化する圧力検
出装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure detecting device, and more particularly, to a pressure detecting device having a higher pressure detecting function.
【0002】[0002]
【従来の技術】圧力検出装置には、油圧や空気圧を取り
扱う産業機器や装置の組込み用として最適な圧力セン
サ、及び、力平衡方式の原理を採用しプロセス変量を電
気信号に変換する差圧伝送器がある。圧力検出装置は、
ダイヤフラム及びピエゾ抵抗素子(以下、歪みゲージと
呼ぶ)から成る圧力センサ素子を用いて、圧力を電気信
号に変換する。例えば圧力センサ素子は、シリコン等の
半導体によって形成することにより、小型化及び低価格
化を可能にしたものが知られている。2. Description of the Related Art A pressure detecting device is a pressure sensor which is most suitable for incorporation of industrial equipment and devices handling hydraulic pressure and pneumatic pressure, and a differential pressure transmission which converts a process variable into an electric signal by adopting a principle of a force balance method. There is a vessel. The pressure detector is
The pressure is converted into an electric signal by using a pressure sensor element including a diaphragm and a piezoresistive element (hereinafter, referred to as a strain gauge). For example, there has been known a pressure sensor element which is made of a semiconductor such as silicon, thereby enabling downsizing and cost reduction.
【0003】図12(a)及び(b)は、従来の圧力セ
ンサ素子の動作を説明する断面図及び回路図である。圧
力センサ素子は、同図(a)に示すように、シリコン2
9の基板上にダイヤフラム41及び歪みゲージ23を形
成している。詳しくは圧力センサ素子は、シリコン29
の一部にエッチング加工等により、薄肉部のダイヤフラ
ム41を作り、圧力に対して応力の発生し易い部分を設
け、その付近に歪みゲージ23を配置する。歪みゲージ
23は、半導体結晶に外力が加わって結晶内に応力が発
生すると、結晶の電気伝導に変化が生じる。同図(b)
に示すように、歪みゲージ23に一定の電流を流したと
きに、電流と垂直な方向に、圧力に比例した電圧Vtが
発生する。FIGS. 12A and 12B are a cross-sectional view and a circuit diagram illustrating the operation of a conventional pressure sensor element. The pressure sensor element is made of silicon 2 as shown in FIG.
The diaphragm 41 and the strain gauge 23 are formed on the substrate 9. Specifically, the pressure sensor element is silicon 29
The diaphragm 41 having a thin portion is formed by etching or the like in a part of the portion, a portion where stress is easily generated under pressure is provided, and the strain gauge 23 is disposed in the vicinity thereof. When an external force is applied to the semiconductor crystal to generate a stress in the crystal, the strain gauge 23 changes the electric conduction of the crystal. FIG.
As shown in (2), when a constant current flows through the strain gauge 23, a voltage Vt proportional to the pressure is generated in a direction perpendicular to the current.
【0004】従来の圧力検出装置は、内径及び厚さで決
まるダイアフラムの形状を所定値にすることにより、対
象とする圧力の測定範囲に対応する。[0004] The conventional pressure detecting device corresponds to a target pressure measurement range by setting a diaphragm shape determined by an inner diameter and a thickness to a predetermined value.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の圧力検
出装置は、ダイアフラムの形状を所定値にすることによ
り、全測定範囲に対応する。このため、歪みや変位の検
出分解能、及び、ダイアフラムの亜破壊圧力の要因によ
り、測定範囲が制限される。However, the conventional pressure detecting device can cover the entire measuring range by setting the shape of the diaphragm to a predetermined value. For this reason, the measurement range is limited by the detection resolution of distortion and displacement, and the factors of the sub-burst pressure of the diaphragm.
【0006】本発明は、上記したような従来の技術が有
する問題点を解決するためになされたものであり、ハイ
レンジアビリティ、高分解能、及び、高精度が得られる
圧力検出装置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a pressure detecting device capable of obtaining high range ability, high resolution, and high accuracy. Aim.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の圧力検出装置は、圧力を機械的歪みに変換
するダイアフラムと、前記機械的歪みを電気信号に変換
する歪みゲージとを有する圧力検出装置において、圧力
範囲が相互に異なる、複数のダイアフラム及び歪みゲー
ジから成る組センサと、前記組センサの出力信号の1つ
を選択する選択手段と、前記選択手段によって選択され
た出力信号を計測し、該計測結果に従って前記選択手段
における選択を制御する制御手段とを備えることを特徴
とする。To achieve the above object, a pressure detecting device according to the present invention comprises a diaphragm for converting pressure into mechanical strain and a strain gauge for converting the mechanical strain into an electric signal. A pressure sensor having a pressure range different from each other, a set sensor comprising a plurality of diaphragms and strain gauges, a selection means for selecting one of the output signals of the set sensor, and an output signal selected by the selection means And a control means for controlling the selection by the selection means according to the measurement result.
【0008】本発明の圧力検出装置は、計測結果に従っ
て制御手段が制御することにより、選択手段が組センサ
からの複数の出力信号の中から1つを選択するので、ハ
イレンジアビリティ、高分解能、及び、高精度になる。According to the pressure detecting device of the present invention, the control means controls one of a plurality of output signals from the set sensor by controlling the control means in accordance with the measurement result. , High accuracy.
【0009】本発明の圧力検出装置では、前複数の組セ
ンサは、各組センサが対応する圧力範囲を有し、夫々の
圧力範囲で相互に同じレベルの電気信号を出力するこ
と、又は、前記複数の組センサは、1つの入力圧力に対
して相互に異なるレベルの電気信号を出力することが好
ましい。この場合、選択手段が行う選択に対して、制御
手段が行う制御が容易になる。In the pressure detecting device according to the present invention, each of the plurality of sets of sensors has a pressure range corresponding to each set of sensors, and outputs electric signals of the same level in each pressure range. Preferably, the plurality of sets of sensors output different levels of electrical signals for one input pressure. In this case, the control performed by the control unit with respect to the selection performed by the selection unit is facilitated.
【0010】また、本発明の圧力検出装置では、前記制
御手段は、前記各組センサの出力信号の内でレベルが最
大である電気信号を出力する組センサの出力信号を選択
すること、圧力範囲が最大である1つの組センサの出力
信号を選択し、前記1つの組センサの出力信号が所定レ
ベル以下であるときには、他の組センサの出力信号によ
って前記1つの組センサの出力信号を補正する補正手段
を備えること、又は、各組センサの出力信号と、該各組
センサの最大圧力に対応する電気信号レベルとを比較す
る比較手段を備え、該比較手段によって現在の圧力が圧
力範囲内にあると判定された組センサの出力信号を選択
することもできる。Further, in the pressure detecting device according to the present invention, the control means selects an output signal of a set sensor that outputs an electric signal having a maximum level from among output signals of the set sensors, Is selected, and when the output signal of the one set sensor is below a predetermined level, the output signal of the one set sensor is corrected by the output signal of the other set sensor. Compensating means, or comparing means for comparing the output signal of each set sensor and the electric signal level corresponding to the maximum pressure of each set sensor, wherein the current pressure falls within the pressure range by the comparing means It is also possible to select the output signal of the set sensor determined to be present.
【0011】前記複数の組センサを1つのシリコン基板
上に集積することも本発明の好ましい態様である。この
場合、小型化及び低価格化が可能になる。It is also a preferred embodiment of the present invention that the plurality of sensors are integrated on one silicon substrate. In this case, miniaturization and cost reduction can be achieved.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例に基づ
いて、本発明の圧力検出装置について図面を参照して説
明する。図1は、本発明の第1実施形態例の圧力検出装
置のブロック図である。本実施形態例の圧力検出装置
は、高圧用センサS1と中圧用センサS2と低圧用セン
サS3とを有するマルチダイヤフラムセンサ部(組セン
サ)1、スイッチSW1〜SW3を有するスイッチブロ
ック部(選択手段)2、及び、スイッチブロック部2を
制御する変換部(制御手段)3で構成される。高圧用セ
ンサS1、中圧用センサS2、及び、低圧用センサS3
は夫々、所定の測定範囲に対応する形状のダイヤフラム
を有する。変換部3は、アンプ11、AD変換器12、
マイクロコンピュータ13、出力回路14、及び、レギ
ュレータ15で構成される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a pressure detecting device according to the present invention will be described based on an embodiment of the present invention with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a pressure detecting device according to a first embodiment of the present invention. The pressure detecting device according to the present embodiment includes a multi-diaphragm sensor unit (set sensor) 1 including a high-pressure sensor S1, a medium-pressure sensor S2, and a low-pressure sensor S3, and a switch block unit (selection unit) including switches SW1 to SW3. 2 and a conversion unit (control means) 3 for controlling the switch block unit 2. High pressure sensor S1, medium pressure sensor S2, and low pressure sensor S3
Have a diaphragm having a shape corresponding to a predetermined measurement range. The conversion unit 3 includes an amplifier 11, an AD converter 12,
It comprises a microcomputer 13, an output circuit 14, and a regulator 15.
【0013】高圧用センサS1、中圧用センサS2、及
び、低圧用センサS3の出力は、スイッチSW1〜SW
3の一方の接点に夫々接続される。スイッチSW1〜S
W3の他方の接点は、アンプ11の入力に接続される。
AD変換器12は、信号入力がアンプ11の信号出力に
接続され、データ出力がマイクロコンピュータ13のデ
ータ入力に接続される。マイクロコンピュータ13の信
号出力は、出力回路14の信号入力に接続される。The outputs of the high-pressure sensor S1, the medium-pressure sensor S2, and the low-pressure sensor S3 are output from switches SW1 to SW
3 is connected to one of the contacts. Switches SW1 to S
The other contact of W3 is connected to the input of the amplifier 11.
The AD converter 12 has a signal input connected to a signal output of the amplifier 11 and a data output connected to a data input of the microcomputer 13. The signal output of the microcomputer 13 is connected to the signal input of the output circuit 14.
【0014】変換部3と外部にある直流電源との間は、
2点間の距離に相当する数mの長さのケーブルで接続さ
れる。ケーブルは、直流電源の正極出力に接続される正
極側芯、及び、負荷抵抗Rを介して直流電源の負極出力
に接続される負極側芯から成る2芯のケーブルである。
ケーブルの正極側芯は、レギュレータ15の入力、及
び、出力回路14の電流入力に接続され、ケーブルの負
極側芯は、出力回路14の電流出力に接続される。Between the converter 3 and an external DC power supply,
They are connected by a cable having a length of several meters corresponding to the distance between two points. The cable is a two-core cable including a positive core connected to the positive output of the DC power supply, and a negative core connected to the negative output of the DC power via the load resistor R.
The positive core of the cable is connected to the input of the regulator 15 and the current input of the output circuit 14, and the negative core of the cable is connected to the current output of the output circuit 14.
【0015】マルチダイヤフラムセンサ部1は、3つの
センサ信号をスイッチブロック部2に入力する。スイッ
チブロック部2は、選択信号101に基づいて、スイッ
チSW1〜SW3の何れか1つを選択し導通する。この
センサ信号は、アンプ11で増幅され、AD変換器12
で変換データに数値化される。マイクロコンピュータ1
3は、この変換データを読み出し、選択されたセンサ信
号の値を認識する。マイクロコンピュータ13は、所定
の選択条件に基づいて、選択信号101をスイッチブロ
ック部2に入力して、必要なセンサ信号の1つを選択す
る。マイクロコンピュータ13は、センサ信号に基づい
て、演算を行い入力圧力信号を出力回路14に入力す
る。The multi-diaphragm sensor unit 1 inputs three sensor signals to the switch block unit 2. The switch block unit 2 selects one of the switches SW1 to SW3 based on the selection signal 101 and conducts. This sensor signal is amplified by the amplifier 11 and the AD converter 12
Is converted to numerical data. Microcomputer 1
3 reads the converted data and recognizes the value of the selected sensor signal. The microcomputer 13 inputs the selection signal 101 to the switch block unit 2 based on a predetermined selection condition, and selects one of the necessary sensor signals. The microcomputer 13 performs a calculation based on the sensor signal and inputs an input pressure signal to the output circuit 14.
【0016】出力回路14は、この入力圧力信号を電流
信号Iとして、ケーブル上に伝送する。電流信号Iは、
入力圧力信号に応じて、所定の範囲内で電流値が変化す
る。測定者は、負荷抵抗Rの両端に発生する電圧から、
測定された入力圧力の値を認識する。レギュレータ15
は、直流電源からの供給電圧を定電圧に変換し、アンプ
11、AD変換器12、マイクロコンピュータ13、出
力回路14、高圧用センサS1、中圧用センサS2、及
び、低圧用センサS3に供給する。The output circuit 14 transmits the input pressure signal as a current signal I on a cable. The current signal I is
The current value changes within a predetermined range according to the input pressure signal. From the voltage generated across the load resistor R,
Recognize the value of the measured input pressure. Regulator 15
Converts a supply voltage from a DC power supply into a constant voltage, and supplies the constant voltage to an amplifier 11, an AD converter 12, a microcomputer 13, an output circuit 14, a high-voltage sensor S1, an intermediate-voltage sensor S2, and a low-voltage sensor S3. .
【0017】図2は、入力圧力に対するマルチダイヤフ
ラムセンサ部1からの各センサ信号を示す特性図であ
る。低圧用センサS3は、入力圧力が0〜0.5[Mp
a]の測定範囲、中圧用センサS2は、入力圧力が0〜
5[Mpa]の測定範囲、高圧用センサS1は、入力圧
力が0〜50[Mpa]の測定範囲を有する。全てのセ
ンサ信号は、0〜K[mV]の範囲内で直線的に変化す
る。センサ信号上限値Kは、これ以上入力圧力が高くな
ると測定できない範囲を定めた上限である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing each sensor signal from the multi-diaphragm sensor unit 1 with respect to the input pressure. The low pressure sensor S3 has an input pressure of 0 to 0.5 [Mp
a), the sensor S2 for medium pressure has an input pressure of 0 to
The measurement range of 5 [Mpa] and the high-pressure sensor S1 have a measurement range of the input pressure of 0 to 50 [Mpa]. All sensor signals change linearly within the range of 0 to K [mV]. The sensor signal upper limit K is an upper limit that defines a range in which measurement cannot be performed if the input pressure becomes higher than this.
【0018】図3(a)、(b)、及び、(c)は、図
1のマルチダイヤフラムセンサ部1の一例を示す上断面
図、横方向の側断面図、及び、縦方向の側断面図であ
る。この例は、差圧伝送器に採用され、ガラス28上の
シリコン29内に、歪みゲージ23が配置された低圧用
ダイヤフラム30、中圧用ダイヤフラム31、及び、高
圧用ダイヤフラム32を有する。低圧用ダイヤフラム3
0、中圧用ダイヤフラム31、及び、高圧用ダイヤフラ
ム32は、一方側の空間が全て内部配管26で繋がり、
低圧側ガラス穴24を経由して低圧力が加えられ、他方
側の空間が全て表面配管27で繋がり、高圧側ガラス穴
25を経由して高圧力が加えられる。FIGS. 3 (a), 3 (b) and 3 (c) are an upper sectional view, a lateral sectional view, and a vertical sectional view showing an example of the multi-diaphragm sensor unit 1 of FIG. FIG. In this example, a low-pressure diaphragm 30, a medium-pressure diaphragm 31, and a high-pressure diaphragm 32 in each of which a strain gauge 23 is arranged are provided in a silicon 29 on a glass 28, which is employed in a differential pressure transmitter. Low pressure diaphragm 3
0, the diaphragm 31 for medium pressure, and the diaphragm 32 for high pressure, all the spaces on one side are connected by the internal piping 26,
A low pressure is applied through the low pressure side glass hole 24, and all the spaces on the other side are connected by the surface piping 27, and a high pressure is applied through the high pressure side glass hole 25.
【0019】図4は、図1のマルチダイヤフラムセンサ
部1の他の例を示す断面図である。この例は、圧力セン
サに採用され、シリコン29内に、歪みゲージ23が配
置された低圧用ダイヤフラム30、中圧用ダイヤフラム
31、及び、高圧用ダイヤフラム32を有する。低圧用
ダイヤフラム30、中圧用ダイヤフラム31、及び、高
圧用ダイヤフラム32は、全ての隔膜に一方向から圧力
が加えられる。FIG. 4 is a sectional view showing another example of the multi-diaphragm sensor unit 1 of FIG. This example is adopted in a pressure sensor, and includes a low pressure diaphragm 30, a medium pressure diaphragm 31, and a high pressure diaphragm 32 in which a strain gauge 23 is disposed in a silicon 29. In the low-pressure diaphragm 30, the medium-pressure diaphragm 31, and the high-pressure diaphragm 32, pressure is applied to all the diaphragms from one direction.
【0020】図5は、図1のマイクロコンピュータ13
の動作の第1例を示すフローチャートである。この例で
は、予め設定される測定レンジからセンサ信号を選択す
る方式である。測定者は、0〜50[Mpa]の入力圧
力が測定可能な測定レンジA、0〜5[Mpa]の入力
圧力が測定可能な測定レンジB、0〜0.5[Mpa]
の入力圧力が測定可能な測定レンジCの何れか1つを設
定する。圧力検出装置は、電源がONになると、マイク
ロコンピュータ13が処理1を実行する。FIG. 5 shows the microcomputer 13 of FIG.
5 is a flowchart illustrating a first example of the operation of FIG. In this example, the sensor signal is selected from a preset measurement range. The measurer has a measurement range A in which an input pressure of 0 to 50 [Mpa] can be measured, a measurement range B in which an input pressure of 0 to 5 [Mpa] can be measured, and 0 to 0.5 [Mpa].
Any one of the measurement ranges C in which the input pressure can be measured is set. When the power supply of the pressure detecting device is turned on, the microcomputer 13 executes the processing 1.
【0021】予め設定される測定レンジを読み出し(ス
テップS11)、高圧用センサS1、中圧用センサS
2、及び、低圧用センサS3の中から、測定レンジに対
応できるセンサ1つを選択する(ステップS12)。選
択されたセンサからのセンサ信号の値がセンサ信号上限
値K以下であるか判定する(ステップS13)。“N
O”であれば、測定レンジの範囲を越えるものとしてア
ラーム出力を発生し測定者に測定レンジの変更を要する
旨を通知し(ステップS14)、測定を終了か判定する
(ステップS17)。“YES”であれば、電源をOF
Fにして処理1を終了し、“NO”であれば、ステップ
S11から処理を継続する。A preset measurement range is read (step S11), and a high-pressure sensor S1 and a medium-pressure sensor S
2, and one sensor that can correspond to the measurement range is selected from the low-pressure sensor S3 (step S12). It is determined whether the value of the sensor signal from the selected sensor is equal to or less than the sensor signal upper limit K (step S13). "N
If "O", an alarm output is generated as exceeding the range of the measurement range, and the measurer is notified that the measurement range needs to be changed (step S14), and it is determined whether the measurement is completed (step S17). ", Turn the power off.
The process 1 is ended with F, and if “NO”, the process is continued from the step S11.
【0022】ステップS13の判定が“YES”であれ
ば、周囲温度条件及び静圧条件により補正し、測定レン
ジに基づいてレンジ変換して入力圧力値を求める(ステ
ップS15)。次に、この入力圧力値を出力し(ステッ
プS16)、ステップS17から処理を継続する。If the determination in step S13 is "YES", correction is made based on the ambient temperature condition and the static pressure condition, and the input pressure value is obtained by range conversion based on the measurement range (step S15). Next, the input pressure value is output (step S16), and the process is continued from step S17.
【0023】図6は、図1のマイクロコンピュータ13
の動作の第2例を示すフローチャートである。この例
は、全てのセンサ信号を参照してから選択する第1方式
である。図5の処理1と同様に、マイクロコンピュータ
13が処理2を実行する。図5のステップS11と同様
に、測定レンジを読み出し(ステップS21)、高圧用
センサS1、中圧用センサS2、及び、低圧用センサS
3からのセンサ信号の値を全て読み出す(ステップS2
2)。FIG. 6 shows the microcomputer 13 of FIG.
9 is a flowchart illustrating a second example of the operation of FIG. This example is a first method in which selection is made after referring to all sensor signals. The microcomputer 13 executes the process 2 as in the process 1 in FIG. As in step S11 in FIG. 5, the measurement range is read (step S21), and the high-pressure sensor S1, the medium-pressure sensor S2, and the low-pressure sensor S are read.
3 is read out (step S2).
2).
【0024】高圧用センサS1からのセンサ信号の値が
センサ信号上限値K以下であるか判定する(ステップS
23)。“YES”であれば、複数のセンサ信号の中で
値が最も大きく、且つ、そのセンサ信号の値がセンサ信
号上限値K以下である条件を満たすセンサ信号を選択す
る(ステップS25)。以後のステップS26〜S28
は、図5のステップS15〜S17と同様になる。ステ
ップS23の判断が“NO”であれば、図5のステップ
S14と同様にアラーム出力を発生し(ステップS2
4)、ステップS28から処理を継続する。It is determined whether the value of the sensor signal from the high-pressure sensor S1 is equal to or less than the sensor signal upper limit K (step S).
23). If "YES", a sensor signal that satisfies the condition that the value is the largest among the plurality of sensor signals and the value of the sensor signal is equal to or less than the sensor signal upper limit K is selected (step S25). Subsequent steps S26 to S28
Are the same as steps S15 to S17 in FIG. If the determination in step S23 is "NO", an alarm output is generated as in step S14 of FIG. 5 (step S2).
4), the process is continued from step S28.
【0025】図7は、図1のマイクロコンピュータ13
の動作の第3例を示すフローチャートである。この例
は、全てのセンサ信号を参照してから選択する第2方式
である。図5の処理1と同様に、マイクロコンピュータ
13が処理3を実行する。最初のステップS31〜S3
4は、図6のステップS21〜S24と同様になる。FIG. 7 shows the microcomputer 13 of FIG.
9 is a flowchart illustrating a third example of the operation of FIG. This example is a second method in which all the sensor signals are referred to and then selected. The microcomputer 13 executes the process 3 as in the process 1 in FIG. First steps S31 to S3
Step 4 is the same as steps S21 to S24 in FIG.
【0026】ステップS33の判定が“YES”であれ
ば、低圧用センサS3からのセンサ信号の値がセンサ信
号上限値K以下であるか判定する(ステップS35)。
“YES”であれば、低圧用センサS3からのセンサ信
号を選択し(ステップS39)、以後のステップS40
〜S42は、図6のステップS26〜S28と同様にな
る。If the determination in step S33 is "YES", it is determined whether the value of the sensor signal from the low pressure sensor S3 is equal to or less than the sensor signal upper limit K (step S35).
If "YES", the sensor signal from the low pressure sensor S3 is selected (step S39), and the subsequent step S40
Steps S42 to S42 are the same as steps S26 to S28 in FIG.
【0027】ステップS35の判定が“NO”であれ
ば、中圧用センサS2からのセンサ信号の値がセンサ信
号上限値K以下であるか判定する(ステップS36)。
“NO”であれば、高圧用センサS1からのセンサ信号
を選択して(ステップS37)、ステップS40から処
理を継続し、“YES”であれば、中圧用センサS2か
らのセンサ信号を選択して(ステップS38)、ステッ
プS40から処理を継続する。If the determination in step S35 is "NO", it is determined whether the value of the sensor signal from the medium pressure sensor S2 is equal to or less than the sensor signal upper limit K (step S36).
If "NO", the sensor signal from the high pressure sensor S1 is selected (step S37), and the process is continued from step S40. If "YES", the sensor signal from the intermediate pressure sensor S2 is selected. (Step S38), the process is continued from Step S40.
【0028】図8は、図1のマイクロコンピュータ13
の動作の第4例を示すフローチャートである。この例
は、高圧用センサS1からセンサ信号を主に選択し、中
圧用センサS2又は低圧用センサS3からのセンサ信号
を補助的に選択する方式である。図5の処理1と同様
に、マイクロコンピュータ13が処理4を実行する。図
5のステップS11と同様に、測定レンジを読み出す
(ステップS51)。FIG. 8 shows the microcomputer 13 of FIG.
9 is a flowchart showing a fourth example of the operation of FIG. In this example, a sensor signal is mainly selected from the high pressure sensor S1, and a sensor signal from the middle pressure sensor S2 or the low pressure sensor S3 is auxiliary selected. The microcomputer 13 executes the processing 4 as in the processing 1 in FIG. As in step S11 in FIG. 5, the measurement range is read (step S51).
【0029】高圧用センサS1からのセンサ信号の値を
読み出し(ステップS52)、高圧用センサS1からの
センサ信号の値がセンサ信号上限値K以下であるか判定
する(ステップS53)。“YES”であれば、高圧用
センサS1からのセンサ信号の値が、センサ信号上限値
Kを10で除算した除算値より大きいか判定する(ステ
ップS55)。YES”であれば、高圧用センサS1か
らのセンサ信号の値をそのまま選択し、以後のステップ
S58〜S60は、図5のステップS15〜S17と同
様になる。The value of the sensor signal from the high pressure sensor S1 is read out (step S52), and it is determined whether the value of the sensor signal from the high pressure sensor S1 is equal to or less than the sensor signal upper limit K (step S53). If “YES”, it is determined whether or not the value of the sensor signal from the high-pressure sensor S1 is larger than a value obtained by dividing the sensor signal upper limit K by 10 (step S55). If "YES", the value of the sensor signal from the high-pressure sensor S1 is selected as it is, and the subsequent steps S58 to S60 are the same as steps S15 to S17 in FIG.
【0030】ステップS55の判定が“NO”であれ
ば、中圧用センサS2及び低圧用センサS3からのセン
サ信号の値を読み出し(ステップS56)、双方のセン
サ信号の値を考慮して、中圧用領域又は低圧用領域に対
する補正値を演算し、高圧用センサS1からのセンサ信
号の値にこの補正値を加え(ステップS57)、ステッ
プS58から処理を継続する。If the determination in step S55 is "NO", the values of the sensor signals from the medium pressure sensor S2 and the low pressure sensor S3 are read out (step S56), and the values of the medium pressure A correction value for the area or the low-pressure area is calculated, and the correction value is added to the value of the sensor signal from the high-pressure sensor S1 (step S57), and the processing is continued from step S58.
【0031】図9は、本発明の第2実施形態例の圧力検
出装置のブロック図である。コンパレータ部を有する点
が先の実施形態例と異なる。本実施形態例の圧力検出装
置は、コンパレータCP1及びCP2を有する。同図
は、出力回路14、レギュレータ15、電源ライン、及
び、グランドラインが省略されている。FIG. 9 is a block diagram of a pressure detecting device according to a second embodiment of the present invention. It differs from the previous embodiment in that it has a comparator section. The pressure detecting device of the present embodiment has comparators CP1 and CP2. In the figure, the output circuit 14, the regulator 15, the power supply line, and the ground line are omitted.
【0032】コンパレータCP1及びCP2は、センサ
信号の値とセンサ信号上限値Kとを比較し、センサ信号
の値がセンサ信号上限値Kの1.05倍より大きけれ
ば、比較結果の値をHレベルにし、センサ信号の値がセ
ンサ信号上限値K以下であれば、比較結果の値をLレベ
ルにするヒステリシス特性を有する。コンパレータCP
1は、中圧用センサS2からのセンサ信号の値に対する
比較結果の値を、中圧用比較信号102としてマイクロ
コンピュータ13に入力する。コンパレータCP2は、
低圧用センサS3からのセンサ信号の値に対する比較結
果の値を、低圧用比較信号103としてマイクロコンピ
ュータ13に入力する。The comparators CP1 and CP2 compare the sensor signal value with the sensor signal upper limit value K. If the sensor signal value is greater than 1.05 times the sensor signal upper limit value K, the comparison result value is changed to the H level. If the value of the sensor signal is equal to or less than the sensor signal upper limit K, the hysteresis characteristic is set so that the value of the comparison result is at the L level. Comparator CP
1 inputs the value of the comparison result to the value of the sensor signal from the medium pressure sensor S2 to the microcomputer 13 as the medium pressure comparison signal 102. The comparator CP2 is
The value of the comparison result with respect to the value of the sensor signal from the low voltage sensor S3 is input to the microcomputer 13 as the low voltage comparison signal 103.
【0033】図10は、図9のマイクロコンピュータ1
3内に記憶されている選択表の内容を示す図である。中
圧用比較信号102及び低圧用比較信号103が“Hレ
ベル”且つ“Hレベル”、“Lレベル”且つ“Hレベ
ル”、又は、“Lレベル”且つ“Lレベル”であれば、
マイクロコンピュータ13の選択動作は“スイッチSW
1のみをON”、“スイッチSW2のみをON”、又
は、“スイッチSW3のみをON”になる。FIG. 10 shows the microcomputer 1 of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing the contents of a selection table stored in 3. If the intermediate voltage comparison signal 102 and the low voltage comparison signal 103 are “H level” and “H level”, “L level” and “H level”, or “L level” and “L level”,
The selection operation of the microcomputer 13 is described as “Switch SW
Only 1 is ON, only switch SW2 is ON, or only switch SW3 is ON.
【0034】図11は、図9のマイクロコンピュータ1
3の動作の一例を示すフローチャートである。この例
は、マイクロコンピュータ13内の選択表に基づいて選
択する方式である。図6の処理2と同様に、マイクロコ
ンピュータ13が処理5を実行する。ステップS71〜
S74は、図6のステップS21〜S24と同様にな
る。FIG. 11 shows the microcomputer 1 of FIG.
9 is a flowchart illustrating an example of the operation of FIG. In this example, a selection is made based on a selection table in the microcomputer 13. The microcomputer 13 executes the processing 5 as in the processing 2 in FIG. Step S71-
S74 is the same as steps S21 to S24 in FIG.
【0035】ステップS73の判定が“YES”であれ
ば、選択表に従う選択動作に基づいて、スイッチSW1
〜SW3の何れか1つだけをONにし(ステップS7
5)、ステップS75における1秒当りのスイッチ切換
え回数が所定回数α以下であるか判定する(ステップS
76)。例えば、αの値として、2又は3が設定され
る。“YES”であれば、何もせずに以後のステップS
78〜S80が図6のステップS26〜S28と同様に
なる。“NO”であれば、スイッチSW1のみをONに
し(ステップS77)、ステップS78から処理を継続
する。If the determination in step S73 is "YES", the switch SW1 is selected based on the selection operation according to the selection table.
To SW3 only (step S7)
5), it is determined whether the number of times of switch switching per second in step S75 is equal to or less than a predetermined number α (step S75)
76). For example, 2 or 3 is set as the value of α. If “YES”, the next step S
Steps 78 to S80 are the same as steps S26 to S28 in FIG. If "NO", only the switch SW1 is turned ON (step S77), and the process is continued from step S78.
【0036】上記実施形態例によれば、コンパレータを
搭載することにより選択条件が得られるので、プログラ
ムで対応する部分の処理が少なくなる。According to the above-described embodiment, since the selection condition can be obtained by mounting the comparator, the number of processes corresponding to the program is reduced.
【0037】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、本発明の圧力検出装置は、上記実施
形態例の構成にのみ限定されるものでなく、上記実施形
態例の構成から種々の修正及び変更を施した圧力検出装
置も、本発明の範囲に含まれる。As described above, the present invention has been described based on the preferred embodiment. However, the pressure detecting device of the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment, but rather the configuration of the above-described embodiment. Various modifications and changes of the pressure detection device are included in the scope of the present invention.
【0038】[0038]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧力検出
装置では、所定の測定範囲に対応するダイアフラムの形
状が夫々異なる複数のセンサを有し、所定の条件により
複数の中からの何れか1つのセンサ信号を選択するの
で、ハイレンジアビリティ、高分解能、及び、高精度に
なる。As described above, the pressure detecting device of the present invention has a plurality of sensors each having a different shape of the diaphragm corresponding to a predetermined measuring range. Since one sensor signal is selected, high range capability, high resolution, and high accuracy are obtained.
【0039】また、コンパレータ手段を搭載することに
より選択条件が得られるので、プログラムで対応する部
分の処理が少なくなる。Further, since the selection condition can be obtained by mounting the comparator means, the number of processes corresponding to the program can be reduced.
【図1】本発明の第1実施形態例の圧力検出装置のブロ
ック図である。FIG. 1 is a block diagram of a pressure detecting device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】入力圧力に対するマルチダイヤフラムセンサ部
1からの各センサ信号を示す特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing each sensor signal from a multi-diaphragm sensor unit 1 with respect to an input pressure.
【図3】同図(a)、(b)、及び、(c)は、図1の
マルチダイヤフラムセンサ部1の一例を示す上断面図、
横方向の側断面図、及び、縦方向の側断面図である。FIGS. 3A, 3B, and 3C are top cross-sectional views showing an example of the multi-diaphragm sensor unit 1 of FIG.
It is a side sectional view of a horizontal direction, and a side sectional view of a vertical direction.
【図4】図1のマルチダイヤフラムセンサ部1の他の例
を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing another example of the multi-diaphragm sensor unit 1 of FIG.
【図5】図1のマイクロコンピュータ13の動作の第1
例を示すフローチャートである。FIG. 5 is a first operation example of the microcomputer 13 shown in FIG. 1;
It is a flowchart which shows an example.
【図6】図1のマイクロコンピュータ13の動作の第2
例を示すフローチャートである。FIG. 6 shows a second operation of the microcomputer 13 of FIG.
It is a flowchart which shows an example.
【図7】図1のマイクロコンピュータ13の動作の第3
例を示すフローチャートである。FIG. 7 shows a third operation of the microcomputer 13 of FIG.
It is a flowchart which shows an example.
【図8】図1のマイクロコンピュータ13の動作の第4
例を示すフローチャートである。FIG. 8 shows a fourth operation of the microcomputer 13 of FIG. 1;
It is a flowchart which shows an example.
【図9】本発明の第2実施形態例の圧力検出装置のブロ
ック図である。FIG. 9 is a block diagram of a pressure detecting device according to a second embodiment of the present invention.
【図10】図9のマイクロコンピュータ13内に格納さ
れている選択表の内容を示す図である。10 is a diagram showing the contents of a selection table stored in the microcomputer 13 of FIG.
【図11】図9のマイクロコンピュータ13の動作の一
例を示すフローチャートである。11 is a flowchart showing an example of the operation of the microcomputer 13 in FIG.
【図12】同図(a)及び(b)は、従来の圧力センサ
素子の動作を説明する断面図及び回路図である。FIGS. 12A and 12B are a cross-sectional view and a circuit diagram illustrating the operation of a conventional pressure sensor element.
1 マルチダイヤフラムセンサ部(組センサ) 2 スイッチブロック部(選択手段) 3 変換部(制御手段) 11 アンプ 12 AD変換器 13 マイクロコンピュータ 14 出力回路 15 レギュレータ 21 電極 22 リード 23 歪みゲージ 24 低圧側ガラス穴 25 高圧側ガラス穴 26 内部配管 27 表面配管 28 ガラス 29 シリコン 30 低圧用ダイヤフラム 31 中圧用ダイヤフラム 32 高圧用ダイヤフラム 41 ダイヤフラム 101 選択信号 102 中圧用比較信号 103 低圧用比較信号 S1 高圧用センサ S2 中圧用センサ S3 低圧用センサ SW1〜SW3 スイッチ CP1、CP2 コンパレータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Multi-diaphragm sensor part (group sensor) 2 Switch block part (selection means) 3 Conversion part (control means) 11 Amplifier 12 A / D converter 13 Microcomputer 14 Output circuit 15 Regulator 21 Electrode 22 Lead 23 Strain gauge 24 Low-pressure side glass hole 25 High-pressure side glass hole 26 Internal piping 27 Surface piping 28 Glass 29 Silicon 30 Low-pressure diaphragm 31 Medium-pressure diaphragm 32 High-pressure diaphragm 41 Diaphragm 101 Selection signal 102 Medium-pressure comparison signal 103 Low-voltage comparison signal S1 High-pressure sensor S2 Medium-pressure sensor S3 Low pressure sensor SW1 to SW3 Switch CP1, CP2 Comparator
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F055 AA40 BB20 CC02 DD05 EE13 FF07 FF11 GG11 GG34 4M112 AA01 BA01 CA06 CA12 EA02 GA03 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F055 AA40 BB20 CC02 DD05 EE13 FF07 FF11 GG11 GG34 4M112 AA01 BA01 CA06 CA12 EA02 GA03
Claims (7)
と、前記機械的歪みを電気信号に変換する歪みゲージと
を有する圧力検出装置において、 計測する圧力範囲が相互に異なる、複数のダイアフラム
及び歪みゲージから成る組センサと、 前記組センサの出力信号の1つを選択する選択手段と、 前記選択手段によって選択された出力信号を計測し、該
計測結果に従って前記選択手段における選択を制御する
制御手段とを備えることを特徴とする圧力検出装置。1. A pressure detecting device having a diaphragm for converting pressure into mechanical strain and a strain gauge for converting the mechanical strain into an electric signal, wherein a plurality of diaphragms and strains whose pressure ranges to be measured are different from each other. A set sensor composed of a gauge, a selection means for selecting one of the output signals of the set sensor, a control means for measuring the output signal selected by the selection means, and controlling the selection in the selection means according to the measurement result And a pressure detection device.
る圧力範囲を有し、夫々の圧力範囲で相互に同じレベル
の電気信号を出力する、請求項1に記載の圧力検出装
置。2. The pressure detecting apparatus according to claim 1, wherein each of the plurality of sensors has a corresponding pressure range, and outputs electric signals of the same level in each pressure range.
対して相互に異なるレベルの電気信号を出力する、請求
項1に記載の圧力検出装置。3. The pressure detecting device according to claim 1, wherein said plurality of sets of sensors output electric signals of mutually different levels with respect to one input pressure.
号の内でレベルが最大である電気信号を出力する組セン
サの出力信号を選択する、請求項1に記載の圧力検出装
置。4. The pressure detecting device according to claim 1, wherein said control means selects an output signal of a set sensor that outputs an electric signal having a maximum level from among output signals of said set sensors.
つの組センサの出力信号を選択し、前記圧力検出装置
は、更に、前記1つの組センサの出力信号が所定レベル
以下であるときには、他の組センサの出力信号によって
前記1つの組センサの出力信号を補正する補正手段を備
える、請求項1に記載の圧力検出装置。5. The control means according to claim 1, wherein said pressure range is maximum.
Selecting an output signal of one of the paired sensors, and further comprising, when the output signal of the one of the paired sensors is below a predetermined level, an output signal of the one of the paired sensors based on an output signal of the other of the paired sensors. The pressure detection device according to claim 1, further comprising a correction unit that corrects the pressure.
と、該各組センサの最大圧力に対応する電気信号レベル
とを比較する比較手段を備え、該比較手段によって現在
の圧力が圧力範囲内にあると判定された組センサの出力
信号を選択する、請求項1に記載の圧力検出装置。6. The control means includes comparison means for comparing an output signal of each set sensor with an electric signal level corresponding to a maximum pressure of each set sensor, and the control means controls a current pressure to be within a pressure range. The pressure detection device according to claim 1, wherein an output signal of the set sensor determined to be within the range is selected.
上に集積する、請求項1に記載の圧力検出装置。7. The pressure detecting device according to claim 1, wherein said plurality of set sensors are integrated on one silicon substrate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000194414A JP2002013996A (en) | 2000-06-28 | 2000-06-28 | Pressure detecting device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2000194414A JP2002013996A (en) | 2000-06-28 | 2000-06-28 | Pressure detecting device |
Publications (1)
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---|---|
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ID=18693249
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006337147A (en) * | 2005-06-01 | 2006-12-14 | Denso Corp | Sensor |
KR101184251B1 (en) | 2012-05-30 | 2012-09-21 | 박석지 | Analog to digital convertor for machine tools motion controlling |
JP2013531318A (en) * | 2010-07-12 | 2013-08-01 | ローズマウント インコーポレイテッド | Transmitter output with scalable range ability |
-
2000
- 2000-06-28 JP JP2000194414A patent/JP2002013996A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006337147A (en) * | 2005-06-01 | 2006-12-14 | Denso Corp | Sensor |
JP4544039B2 (en) * | 2005-06-01 | 2010-09-15 | 株式会社デンソー | Sensor device |
JP2013531318A (en) * | 2010-07-12 | 2013-08-01 | ローズマウント インコーポレイテッド | Transmitter output with scalable range ability |
KR101184251B1 (en) | 2012-05-30 | 2012-09-21 | 박석지 | Analog to digital convertor for machine tools motion controlling |
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