JP2003194646A - 圧力測定装置 - Google Patents

圧力測定装置

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JP2003194646A JP2001393842A JP2001393842A JP2003194646A JP 2003194646 A JP2003194646 A JP 2003194646A JP 2001393842 A JP2001393842 A JP 2001393842A JP 2001393842 A JP2001393842 A JP 2001393842A JP 2003194646 A JP2003194646 A JP 2003194646A
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    • G01L9/02—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
    • G01L9/06—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力センサの出力の精度が高く、しかも、圧
力センサの消費電力が小さいために携帯可能な圧力測定
装置を提供すること。 【解決手段】 本発明の圧力測定装置１は、圧力を測定
するためのインピーダンスブリッジ回路（圧力センサ
部）１２と、前記インピーダンスブリッジ回路１２に電
圧を印加するための駆動手段（センサ駆動部）１１と、
前記インピーダンスブリッジ回路１２の両アームの中間
点における電位差を一定の時間間隔でサンプリング測定
する測定手段（電圧計）１３と、前記測定手段１３によ
ってサンプリング測定された今回の圧力とその前回の圧
力の差が一定のしきい値以下になったか否かを判定する
判定手段（制御部）１４とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧力測定装置に関
し、より詳細には、半導体圧力センサを用いる圧力測定
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、半導体圧力センサには通電に
よる出力変動特性があることが知られている。この特性
について図８〜図１０を用いて説明する。まず、従来の
圧力測定装置の構成を説明する。図８は、従来の圧力測
定装置２の概略的な回路構成図である。この図８におい
て、従来の圧力測定装置２は、センサ駆動部２１、圧力
センサ部２２、及び電圧計２３から構成される。
【０００３】センサ駆動部２１は、圧力センサ部２２を
駆動するために圧力センサ部２２の両端に電圧を印加す
るものである。圧力センサ部２２は、４つのインピーダ
ンスから構成されるホイートストーンブリッジ形のイン
ピーダンスブリッジ回路である。電圧計２３は、このイ
ンピーダンスブリッジ回路の両アームにおける中間点の
間の電位差を測定し、その測定値をセンサ出力として出
力及び表示するものである。
【０００４】次に、図９及び図１０を用いて、従来の圧
力測定装置の動作を説明する。図９は、従来の圧力測定
装置２におけるセンサ駆動部２１が圧力センサ部２２を
駆動するために出力する駆動波形と、電圧計２３におい
て電圧を測定するタイミングを表す測定サンプリングと
を示す図である。この図９に示されるように、センサ駆
動部２１から出力される駆動波形は、ステップ波形であ
り、圧力センサ部２２の両アームにおける中間点の間の
電位差は、所定の時間間隔（タイミング）で測定され
る。
【０００５】図１０は、従来の圧力測定装置２における
圧力センサ部２２のセンサ出力通電特性を示す図であ
る。この図１０に示されるように、圧力センサ部２２の
出力は、センサ駆動部２１による電圧印加から所定期間
の過渡期部分と、所定期間後の定常期部分とから構成さ
れる。このように、半導体圧力センサは、過渡現象を有
するセンサ出力変動特性を持つ。このため、従来は、測
定サンプリングの初めから複数回の電圧測定を行い、そ
の各測定値の平均値を計算して今回の圧力測定値とする
方法、あるいは、所定回数電圧を測定し若しくは一定時
間経過後から所定回数測定し、その平均値を測定値とす
る方法などが用いられていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
圧力測定装置２では、通電による圧力変動の過渡期があ
るため、通電から決まった時点（時間）で圧力を測定す
ることも考えられるが、一度圧力測定を行った後に定常
状態から初期状態まで戻る途中の場合などには、初期状
態が違ったものとなり、正確な値が測定できないという
問題があった。
【０００７】また、従来の圧力測定装置２では、図１０
に示される通電による圧力変動の過渡期にかかる時間が
ときには数十秒に及ぶことがあり、従来のように所定の
複数回の測定サンプリングでは、センサ出力の変動中に
測定を行ってしまっているという問題があった。
【０００８】さらに、これらの問題を解決するために、
圧力センサ部２２の出力変動が安定するまで通電を続け
てから圧力測定を行うとすると、圧力センサ部２２に通
電する消費電流が大きくなってしまう。このように、従
来の圧力測定装置２の電力消費量が増大するため、その
筺体がいくら小さくできるとしても、消費電力の関係
上、従来の圧力測定装置２の携帯性が損なわれてしまう
という問題もあった。
【０００９】そこで、この発明は、上記問題点に鑑みて
なされたものであって、圧力センサの出力の精度が高
く、しかも、圧力センサの消費電力が小さいために携帯
可能な圧力測定装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の圧力測定装置は、圧力を測定するためのイ
ンピーダンスブリッジ回路と、前記インピーダンスブリ
ッジ回路に電圧を印加するための駆動手段と、前記イン
ピーダンスブリッジ回路の両アームの中間点における電
位差を一定の時間間隔でサンプリング測定する測定手段
と、前記測定手段によってサンプリング測定された今回
の圧力とその前回の圧力の差が一定のしきい値以下にな
ったか否かを判定する判定手段とを備えることを特徴と
する。
【００１１】この発明によれば、測定手段によって所定
のタイミングで圧力がサンプリング測定され、判定手段
によってその測定値の差が予め決められたしきい値以下
になったか否かを判定され、しきい値以下になったとき
の測定値をセンサ出力として表示・出力等する。したが
って、圧力センサの出力変動特性における過渡現象の影
響を受けることが少ないので、圧力測定装置における圧
力センサの出力の精度を高めることができる。
【００１２】また、従来のように圧力センサの出力の精
度を増すために、測定サンプリングを相当な回数行うこ
とが必要でないので、圧力測定装置の消費電力を小さく
押さえることができる。そのため、外部電源からの電力
供給を必要とせず、携帯することが可能である。
【００１３】なお、本発明が適用される圧力センサとし
ては、４つのポリシリコンピエゾ抵抗器を用いてホイー
トストーンブリッジを形成する半導体圧力センサなどが
考えられるが、これに限られず、出力変動特性を有する
圧力センサであればよい。
【００１４】また、上記発明において、前記駆動手段に
よって印加される駆動電圧波形は、ステップ波形又はパ
ルス波形のいずれかであってもよい。駆動電圧がステッ
プ電圧の場合においても、上記本発明に特有の効果を十
分に奏するが、駆動電圧がパルス電圧の場合には、ステ
ップ電圧に比べて、圧力センサの出力を早期に定常状態
にすることができる、すなわち過渡現象の時間が短くな
るとともに、ステップ波形に比べてパルス波形の方が電
力を低減できるので、測定サンプリングの回数を低減す
ることができるとともに、圧力センサの消費電流（消費
電力）を一層低減することができる。
【００１５】また、上記課題を解決するために、本発明
の圧力測定装置は、圧力を測定するためのインピーダン
スブリッジ回路と、前記インピーダンスブリッジ回路に
パルス駆動波形の電圧を印加するための駆動手段と、前
記インピーダンスブリッジ回路の両アームの中間点にお
ける電位差を一定の時間間隔でサンプリング測定する測
定手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】この発明によれば、駆動手段によってイン
ピーダンスブリッジ回路からなる圧力センサにパルス駆
動波形の電圧を印加することにより、圧力センサの出力
を早期に定常状態にすることができるので、測定サンプ
リングの回数を低減することができ、それによって、圧
力センサの消費電流を低減、すなわち、圧力測定装置の
消費電力を低減することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図１〜図６を参照して本発
明に係る圧力測定装置１の実施の形態を詳細に説明す
る。なお、この実施の形態は例示として挙げるものであ
り、これにより本発明を限定的に解釈すべきではない。
【００１８】まず、本発明の構成を説明する。図１は、
本発明における圧力測定装置１の概略的な回路構成図で
ある。この図１において、圧力測定装置１は、センサ駆
動部１１、圧力センサ部１２、電圧計１３、及び制御部
１４から構成される。なお、制御部１４以外の各構成要
素は、従来の圧力測定装置２の各構成要素と同一のもの
であるので、ここではそれらの説明を省略する。
【００１９】制御部１４は、予め設定された一定のしき
い値データを格納し、圧力センサ部１２の測定サンプリ
ング毎に今回の測定値と前回の測定値の差、すなわち出
力変動量を計算し、その値がしきい値以下になるか否か
を判定するものである。そして、制御部１４によって出
力変動量がしきい値以下になったと判定されると、制御
部１４は、圧力測定装置１の出力としてその値を図示し
ない表示部に表示させるものである。また、制御部１４
は、センサ駆動部１１の電源のＯＮ／ＯＦＦを制御する
ものである。
【００２０】また、この圧力測定装置１は、上記以外の
構成要素として、ユーザが圧力測定の開始を指示し、あ
るいは設定モードを変更するための入力部（図示せず）
を含む。入力部とは圧力測定装置１の筺体側面に配設さ
れるボタンなどのことをいい、上記表示部は、圧力測定
装置１の筺体上に据え付けられる液晶表示部（ＬＣＤ：
liquid crystal display）などのことをいう。
【００２１】次に、本発明の動作を説明する。図２〜図
７は、本発明における圧力測定装置１の動作を説明する
ための図である。図２及び図３を用いて、本発明の実施
の形態１を説明する。図２は、本発明の実施の形態１に
おける圧力測定装置１におけるセンサ駆動部１１が圧力
センサ部１２を駆動するために出力する駆動波形、及
び、電圧計１３において電圧を測定する測定サンプリン
グを示す図である。この図２から分かるように、駆動波
形及び測定サンプリングは、従来適用していたものと同
様である。また、図３は、本発明の実施の形態１におけ
る圧力測定装置１の圧力センサ部１２のセンサ出力通電
特性を示す図である。
【００２２】図２に示されるように、センサ駆動部１１
から圧力センサ部１２に印加される電圧は、従来と同様
にステップ波形の電圧であり、測定サンプリングも一定
時間間隔で行われる。本発明と従来技術とが異なるとこ
ろは、制御部１４が、測定サンプリング毎に測定された
センサ出力の値の出力変動量（今回の測定値から前回の
測定値を差分したもの）を監視することである。図３に
は、圧力センサ部１２のセンサ出力３１とその出力変動
量３２の２つの曲線が示される。この図３に示されるよ
うに、出力変動量３２は、通電による出力変動特性の過
渡期において特に大きく、時間が経つにつれて、すなわ
ち、定常状態に向かってほぼ０に収束していく。
【００２３】また、図３のグラフの下方に示される太線
３３は、制御部１４に予め設定されている出力変動量３
２のしきい値である。このしきい値は、圧力センサ部１
２のセンサ出力に応じて、予め定められたものでもよ
く、あるいはユーザの使用形態に応じて（例えば、使用
頻度が大きいので省電力としたい場合には、しきい値を
大きい値に設定するとか、測定値の精度をより高くした
い場合には、より小さい値に設定するなど）、ユーザに
よって設定されるものでもよく、勿論０に設定されても
よい。
【００２４】圧力センサ部１２の出力変動量３２がしき
い値以下となったとき、すなわち、図３において、出力
変動量３２が太線３３よりも下方になったとき（図で
は、測定ポイントと表示している）、制御部１４は、今
回の圧力センサ部１２のセンサ出力を測定値として図示
しない表示部に表示する。そして、制御部１４は、圧力
測定値を決定すると、センサ駆動部１１の電源をＯＦＦ
する。
【００２５】以上のように、本発明の実施の形態１にお
ける圧力測定装置１では、圧力を測定するための圧力セ
ンサ部（インピーダンスブリッジ回路）１２と、前記圧
力センサ部１２に電圧を印加するためのセンサ駆動部１
１と、前記インピーダンスブリッジ回路の両アームの中
間点における電位差を一定の時間間隔でサンプリング測
定する電圧計１３と、前記電圧計１３によってサンプリ
ング測定された今回の圧力とその前回の圧力の差が一定
のしきい値以下になったか否かを判定する制御部１４と
を備えることとした。そのため、本発明の圧力測定装置
１は、圧力センサの出力変動特性における過渡現象の影
響を受けることが少ないので、圧力測定装置における圧
力センサの出力の精度を高めることができる。
【００２６】また、従来の圧力測定装置２が行っていた
ような圧力センサの出力の精度を増すために、測定サン
プリングを相当な回数行うことが必要でないので（無駄
な測定をしなくても済むので）、圧力測定装置１の消費
電力を小さく押さえることができる。そのため、外部電
源からの電力供給を必要とせず、ユーザは、本発明の圧
力測定装置１を携帯することが可能である。
【００２７】次いで、図４及び図５を用いて、本発明の
実施の形態２を説明する。図４は、本発明の実施の形態
２における圧力測定装置１におけるセンサ駆動部１１が
圧力センサ部１２を駆動するために出力する駆動波形
（パルス波形）、及び、電圧計１３において電圧を測定
する測定サンプリングを示す図である。この図４に示さ
れるように、駆動波形は、第１の実施の形態におけるス
テップ波形の場合と異なり、パルス波形である。なお、
本実施の形態における圧力測定装置１の構成は、第１の
実施の形態における圧力測定装置１と全く同一のもので
あってもよく、あるいは制御部１４を省略したものでも
よい。
【００２８】図５は、本発明の実施の形態２における圧
力測定装置１の圧力センサ１２のセンサ出力通電特性を
示す図である。この図５では、パルス駆動における圧力
センサ部１２の出力変動特性と同じく、それとの比較の
ために、常時駆動（すなわち、ステップ電圧を印加）に
おける圧力センサ部１２の出力変動特性を示す。このよ
うに、パルス駆動とすることにより、ステップ駆動の場
合よりも早く定常期に至る（この図において、およそ６
００ｍｓ）。これは、圧力センサ部１２の出力変動量
が、電圧の印加の瞬間により大きく（急峻に）変化する
ことを利用したものである。
【００２９】以上のように、本発明の実施の形態２にお
ける圧力測定装置１では、第１の実施の形態におけるス
テップ駆動波形の場合と異なり、圧力センサ部１２に印
加する駆動波形をパルス駆動波形としたので、センサ出
力通電特性における定常期に至る時間を短縮することが
できるとともに、測定サンプリングの回数を低減するこ
とができる。
【００３０】また、ステップ波形に比べてパルス波形の
方が圧力センサ部１２を駆動するための電力を低減でき
るので、圧力センサの消費電流（消費電力）を一層低減
することができる。
【００３１】次いで、図６及び図７を用いて、本発明の
実施の形態３を説明する。図６は、本発明の実施の形態
３における圧力測定装置１におけるセンサ駆動部１１が
圧力センサ部１２を駆動するために出力する駆動波形、
及び、電圧計１３において電圧を測定する測定サンプリ
ングを示す図である。この第３の実施の形態は、上記第
１及び第２の実施の形態を組み合わせて適用したもので
ある。したがって、この図６に示される駆動波形及び測
定サンプリングは、第２の実施の形態において図４に示
されるものと同様のものである。また、本実施の形態に
おける圧力測定装置１の構成は、第１の実施の形態にお
ける構成と全く同様である。
【００３２】図７は、本発明の実施の形態３における圧
力測定装置１の圧力センサ１２のセンサ出力通電特性を
示す図である。圧力センサ部１２のセンサ出力及びその
出力変動量についての説明などは、第１の実施の形態
（図３）と同一であるので、ここでは省略する。図３及
び図７を比較することによって分かるように、この実施
の形態では、第１の実施の形態における駆動電圧波形が
ステップ波形の場合よりも、圧力センサ部１２の出力が
早期に定常状態に至る。
【００３３】以上のように、本発明の実施の形態３にお
ける圧力測定装置１は、第１及び第２の実施の形態にお
ける圧力測定装置１の構成及び動作を組み合わせて構成
したので、第１及び第２の実施の形態における圧力測定
装置１の有利な効果を相乗的に奏することができる。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、圧力センサの出力変動
特性における過渡現象の影響を受けることが少ないの
で、圧力測定装置における圧力センサの出力の精度を高
めることができる。また、圧力測定装置の消費電力を小
さく押さえることができるので、外部電源からの電力供
給を必要とせず、携帯することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における圧力測定装置１の概略的な回路
構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における圧力測定装置１
におけるセンサ駆動部１１が圧力センサ部１２を駆動す
るために出力する駆動波形、及び、電圧計１３において
電圧を測定する測定サンプリングを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１における圧力測定装置１
の圧力センサ部１２のセンサ出力通電特性を示す図であ
る。
【図４】本発明の実施の形態２における圧力測定装置１
におけるセンサ駆動部１１が圧力センサ部１２を駆動す
るために出力する駆動波形（パルス波形）、及び、電圧
計１３において電圧を測定する測定サンプリングを示す
図である。
【図５】本発明の実施の形態２における圧力測定装置１
の圧力センサ部１２のセンサ出力通電特性を示す図であ
る。
【図６】本発明の実施の形態３における圧力測定装置１
におけるセンサ駆動部１１が圧力センサ部１２を駆動す
るために出力する駆動波形（パルス波形）、及び、電圧
計１３において電圧を測定する測定サンプリングを示す
図である。
【図７】本発明の実施の形態３における圧力測定装置１
の圧力センサ部１２のセンサ出力通電特性を示す図であ
る。
【図８】従来の圧力測定装置２の概略的な回路構成図で
ある。
【図９】従来の圧力測定装置２におけるセンサ駆動部２
１が圧力センサ部２２を駆動するために出力する駆動波
形、及び、電圧計２３において電圧を測定する測定サン
プリングを示す図である。
【図１０】従来の圧力測定装置２における圧力センサ部
２２のセンサ出力通電特性を示す図である。
【符号の説明】
１ 圧力測定装置 １１ センサ駆動部 １２ 圧力センサ部 １３ 電圧計 １４ 制御部 ２ 従来の圧力測定装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧力を測定するためのインピーダンスブ
    リッジ回路と、 前記インピーダンスブリッジ回路に電圧を印加するため
    の駆動手段と、 前記インピーダンスブリッジ回路の両アームの中間点に
    おける電位差を一定の時間間隔でサンプリング測定する
    測定手段と、 前記測定手段によってサンプリング測定された今回の圧
    力とその前回の圧力の差が一定のしきい値以下になった
    か否かを判定する判定手段と、 を備える圧力測定装置。
  2. 【請求項２】 前記駆動手段によって印加される駆動電
    圧波形は、ステップ波形又はパルス波形のいずれかであ
    る請求項１記載の圧力測定装置。
  3. 【請求項３】 圧力を測定するためのインピーダンスブ
    リッジ回路と、 前記インピーダンスブリッジ回路にパルス駆動波形の電
    圧を印加するための駆動手段と、 前記インピーダンスブリッジ回路の両アームの中間点に
    おける電位差を一定の時間間隔でサンプリング測定する
    測定手段と、 を備える圧力測定装置。
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