JP2010091352A - 圧力測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力検知素子をハウジングに収容した状態で、できるだけ正確に圧力測定を行うことができる圧力測定装置を提供することを課題とする。
【解決手段】圧力測定装置１は、電流供給手段５と、この電流供給手段により供給電流が供給され、圧力の検出を行う圧力検知素子２と、この圧力検知素子２を収容するハウジング１５を備える。また、測定圧力に応じた出力を行う電圧測定手段６を備え、ハウジング１５の温度特性に応じて、圧力検知時の供給電流の入力値を選択する制御部（ＥＣＵ）７を備える。制御部７は、ハウジング１５の温度特性に基づいてハウジングの状態を推定し、ハウジングの状態が圧力測定値に及ぼす影響を相殺するように圧力検知素子へ供給される供給電流の入力値を選択する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力測定装置に関する。

従来、できるだけ正確に応力を測定することを目的として、単ゲージ抵抗を形成するピエゾ抵抗素子とそのピエゾ抵抗素子に直列に接続されている補償用ダイオードを有する直列回路と、その直列回路の両端間の電圧を測定する電圧測定手段を備えた素子が知られている（特許文献１参照）。このような素子における単ゲージ抵抗は、作用する応力によって抵抗値が変化するピエゾ抵抗効果を有するとともに、その抵抗値が温度上昇に依存して上昇する正の温度特性を有している。また、補償用ダイオードは、アノード・カソード間電圧が温度上昇に依存して低下する負の温度特性を有している。このため、ピエゾ抵抗素子と補償用ダイオードとを組み合わせることにより、温度影響を抑制して正確な圧力測定を行うことができる。

特開２００７−２６３６６７号公報

ところで、前記のような装置は、ハウジングに納められた状態で圧力測定対象部位に装着される。圧力測定対象部位の周辺が高温となると、ハウジングも熱の影響により伸縮する。圧力を検知する素子の受圧部には、ハウジングを介して圧力が伝達される。このため、熱の影響によるハウジングの伸縮が装置の圧力測定結果に影響を及ぼすことがある。

そこで、本発明は、圧力検知素子をハウジングに収容した状態で、できるだけ正確に圧力測定を行うことができる圧力測定装置を提供することを課題とする。

かかる課題を解決する本明細書開示の圧力測定装置は、電流供給手段と、当該電流供給手段により供給電流が供給され、圧力の検出を行う圧力検知素子と、当該圧力検知素子を収容するハウジングと、測定圧力に応じた出力を行う出力手段と、当該ハウジングの温度特性に応じて、圧力検知時の前記供給電流の入力値を選択する制御部と、を備えている。

圧力検知素子は、ある供給電流Ｉ_Ｓを与えると環境温度に関係なく一定の出力を得ることができ、また、供給電流がＩ_Ｓよりも高かったり、低かったりすると、測定対象部位周辺の温度に応じて高い出力を示したり、低い出力を示したりする素子を用いる。すなわち、圧力検知素子は、供給電流に応じた温度特性を有しており、供給電流を変えることによって温度に応じた出力を示す素子を用いる。圧力検知素子のこのような温度特性を以下に述べるハウジングの温度特性のキャンセルに用いる。
ハウジングは、圧力測定対象部位周辺の温度の影響を受けて伸縮する温度特性を有する。ここで、温度が高いときに延び、温度が低いときに縮むのか、又は、温度が高いときに縮み、温度が低いときに延びるのかは、ハウジング内への圧力測定素子の収納状態、ハウジングの圧力測定対象部位への取り付け方法等の条件によって異なる。また、その伸縮の程度も、種々の条件によって異なる。
制御部は、熱によりハウジングがどのように振る舞うか、すなわち、どのような温度特性を示すのかを考慮し、その影響を打ち消す圧力検知素子の出力を得ることができるように供給電流の入力値を選択する。

このような圧力測定装置とすれば、圧力検知素子がハウジングに収容された状態であっても、圧力測定対象部位の温度の影響を補正した測定値を出力することができる。
なお、供給電流の入力値の変更に伴い、圧力検知素子の感度も変化する。具体的には、圧力検知素子の感度は、供給電流の入力値の大きさに比例して変化する。そこで、基準となる供給電流Ｉ_Ｓと実際に供給される電流との比率を圧力検知素子の感度の変化分として圧力の測定値に反映させる補正を行うことができる。このような補正を行うことにより、より正確な圧力の測定値を得ることができる。

本発明の圧力測定装置によれば、圧力測定対象部位周辺の温度の影響が補正された高精度な圧力の測定値を得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は、本実施例の圧力測定装置１の概略構成を示したブロック図である。図２は、圧力検知素子２が組み込まれた圧力検知部２０をハウジング１５内に収容した状態で断面とした説明図である。図３は、圧力測定装置１が備える圧力検知部２０の拡散分解図である。

圧力測定装置１は、エンジンの燃焼圧センサとして用いられる。圧力検知部２０は、燃焼室に配置される。圧力測定装置１は、電流供給手段５と、この電流供給手段５により供給電流が供給され、圧力値の検出を行う圧力検知素子２を備えている。圧力検知素子２は、圧力検知部２０に組み込まれている。圧力測定装置１は、圧力検知素子２が組み込まれた圧力検知部２０を任意の予荷重を伴って収容するハウジング１５を備えている。ハウジング１５は、インナーハウジング１５ａとアウターハウジング１５ｂを有している。インナーハウジング１５ａの内部には、内側に向かって凸状となった力伝達部１５ａ１が形成されている。インナーハウジング１５ａの外周面にはねじ切り加工がなされており、アウターハウジング１５ｂの内周にねじ込まれることで固定されている。

また、圧力測定装置１は、測定圧力に応じた出力を行う出力手段である電圧測定手段６を備えている。さらに、圧力測定装置１は、制御部に相当するＥＣＵ（Electronic control unit）７を備えている。このＥＣＵ７には、エンジンに装着された水温計８が電気的に接続されている。また、電流供給手段５、電圧測定手段６もＥＣＵ７に電気的に接続されている。ＥＣＵ７は、ハウジング１５の温度特性に応じて、圧力検知時の供給電流の入力値を選択する。

圧力検知素子２は、電流供給手段５に接続されており、単ゲージ抵抗を形成するピエゾ抵抗素子３とそのピエゾ抵抗素子３に直列に接続されている補償用ダイオード４を有する直列回路を形成している。ピエゾ抵抗素子２の補償用ダイオード４と対向する端子は、接地されている。圧力測定装置１は、前記のように電圧測定手段６を備えており、この電圧測定手段６は、直列回路の両端間の電圧を測定する。単ゲージ抵抗を形成するピエゾ抵抗素子３は、作用する応力によって抵抗値が変化するピエゾ抵抗効果を有するとともに、その抵抗値が温度上昇に依存して上昇する正の温度特性を有している。このようなピエゾ抵抗素子３には、ｎ型の不純物を含むシリコンチップの表面部に、ｐ型の不純物を導入して形成されたピエゾ抵抗素子３が用いられている。

一方、補償用ダイオード４は、電流供給手段５に対して順方向に設けられており、そのアノード・カソード間電圧が温度上昇に依存して低下する負の温度特性を有している。

圧力検知部２０は、インナーハウジング１５ａ内に収容される。圧力検知部２０は、図３の拡散分解図に良く示されるように、半球状の力伝達ブロック２１と、直方体状の力伝達ブロック２２と、シリコン単結晶ブロック２３を備えている。図３に示すシリコン単結晶ブロック２３の下面は、密封端子２４の先端面２４ｂ（図２参照）に取付けられ、固定されている。シリコン単結晶ブロック２３の表層部には、メサ段差状のピエゾ抵抗素子３と、電極２７が形成されている。ピエゾ抵抗素子３をメサ段差状に形成することで、力伝達ブロック２２から加わる応力がメサ段差に集中してかかるので、高感度化を実現できる。直方体状の力伝達ブロック２２は、その下面がピエゾ抵抗素子３に陽極接合されている。半球状の力伝達ブロック２１の下面は、直方体状の力伝達ブロック２２の上面に取付けられている。半球状の力伝達ブロック２１の頂面は、インナーハウジング１５ａに設けられた力伝達部１５ａ１（図１参照）に接触している。

図２に示すように、密封端子２４には貫通孔２４ａが形成されている。この貫通孔２４ａ内にはリードピン２５が伸びている。リードピン２５は圧力検知部２０の電極２７（図３参照）にボンディングワイヤ２６によって電気的に接続されている。

インナーハウジング１５ａの上面である受圧面１５ａ２に圧力が加わると、その圧力は、力伝達部１５ａ１を介して受圧部２０の半球状の力伝達ブロック２１に伝達される。この力伝達ブロック２１は半球状であるため、力伝達部１５ａ１からの圧力を半球の頂部のほぼ一点で受け、この圧力を周囲にほぼ等方的に分散して伝達する。そのほぼ等方的に分散された圧力は、直方体状の力伝達ブロック２２を経由して、シリコン単結晶ブロック２３の表層面から突出するピエゾ抵抗素子３に伝達される。

ピエゾ抵抗素子３に所定の圧力が伝達されると、ピエゾ抵抗効果によって、圧力による歪み量に応じてピエゾ抵抗素子３の電気抵抗値が変化する。ピエゾ抵抗素子３は温度上昇に依存して抵抗が上昇する。このため、定電流が供給される場合、ピエゾ抵抗素子３から出力される基準電圧は温度変化に依存して変動する。ここで「基準電圧」とは、ピエゾ抵抗素子３にハウジング１５の組み付けによって発生させた予荷重以外の応力が印加されていないとみなせるときに電圧測定手段６が測定する電圧をいう。例えば、燃焼室内が大気圧状態とみなせるクランク角となるタイミングを指定し、このタイミングで取得された電圧を基準電圧とすることができる。このようなタイミングで測定される電圧であれば、予荷重以外の圧力が印加されておらず、基準電圧として採用することができる。圧力検知素子２は、この変化を相殺するために補償用ダイオード４を利用する。ダイオードのアノード・カソード間電圧が、温度上昇に依存して低下する。補償用ダイオード４の電圧降下現象を利用すれば、環境温度の上昇に依存した基準電圧の上昇を相殺することができる。

ここで、補償用ダイオード４の負の温度特性を図４に示すグラフを参照しつつ説明する。図４は、ダイオードのアノード・カソード間電圧と電流の関係を示すグラフである。図４のグラフにおいて、Ｌ１は環境温度が高いときの変化を示し、Ｌ２は環境温度が低いときの変化を示す。図４のグラフに示すように、ダイオードに同じ電流値Ｉｔの電流を供給する場合、環境温度が高いほどアノード・カソード間電圧が低い。ピエゾ抵抗素子３と補償用ダイオード４とを備えた直列回路を形成することにより、単ゲージ抵抗であるピエゾ抵抗素子３の抵抗値から換算される電圧のうち、環境温度に依存する分を補償用ダイオード４の電圧変化で補償することができる。

図５は、電流供給手段５がピエゾ抵抗素子３と補償用ダイオード４の直列回路を有する圧力検知素子２に供給する供給電流の入力値と、圧力が印加されてないときの出力電圧の関係を示すグラフである。
図５のグラフにおいて、一点鎖線は常温（Ｔ_ＷＬ）における変化を示している。実線は中温（Ｔ_ＷＳ）における変化を示している。破線は高温（Ｔ_ＷＨ）における変化を示している。

ピエゾ抵抗素子３に供給される供給電流の入力値がＩ_Ｓのとき、圧力検知素子２は、環境温度によらず電圧Ｖ_Ｓを出力する。入力値Ｉ_Ｓでは、ピエゾ抵抗素子３の常温における抵抗とピエゾ抵抗素子３の抵抗温度係数とその電流を乗じて計算される値と、補償用ダイオード４の温度に依存するアノード・カソード間の電圧変化率とが等しくなる。供給電流の入力値をＩ_Ｓに設定すると、圧力検知素子２に圧力が印加されていないときの基準電圧が安定化する。

これに対し、供給電流の入力値をＩ_Ｓよりも大きい値であるＩ_Ｈとすると、常温（Ｔ_ＷＬ）のときに電圧Ｖ_ＨＬを出力するのに対し、中温（Ｔ_ＷＳ）のときには、電圧Ｖ_ＨＬより高い値である電圧Ｖ_ＨＳを出力する。そして、高温（Ｔ_ＷＨ）のときには、電圧Ｖ_ＨＳよりさらに高い値である電圧Ｖ_ＨＨを出力する。

また、供給電流の入力値をＩ_Ｓよりも小さい値であるＩ_Ｌとすると、常温（Ｔ_ＷＬ）のときに電圧Ｖ_ＬＬを出力するのに対し、中温（Ｔ_ＷＳ）のときには、電圧Ｖ_ＬＬより低い値である電圧Ｖ_ＬＳを出力する。そして、高温（Ｔ_ＷＨ）のときには、電圧Ｖ_ＬＳよりさらに低い値である電圧Ｖ_ＬＨを出力する。

このように、供給電流の入力値をＩ_Ｓ以外に設定すると、基準電圧は温度によって変動する。供給電流の入力値をＩ_Ｓよりも低く設定すると、環境温度が高いほど基準電圧が低くなる。供給電流の入力値をＩ_Ｓよりも高く設定すると、環境温度が高いほど基準電圧が高くなる。

一方、圧力検知素子２を収容するハウジング１５は、環境温度に応じて伸縮する。この伸縮は、圧力検知部２０の予荷重に対する抜重又は荷重として作用する。環境温度の変化が圧力検知部２０に対して抜重として作用するのか、荷重として作用するのかは、ハウジング１５の固定方法、シール方法、圧力検知部２０の収容方法等によって変わってくる。このため、環境温度と圧力検知部２０に対する作用の関係、さらにはその程度について予め把握しておく。
そして、例えば、高温のときにハウジング１５の温度特性が抜重となるときは、電圧測定手段６の出力値が大きくなるように供給電流の入力値を選択する。逆に高温のときにハウジング１５の温度特性が荷重となるときは、電圧測定手段６の出力値が小さくなるように供給電流の入力値を選択する。

すなわち、ＥＣＵ７は、ハウジング１５の温度特性に基づいてハウジング１５の状態に関する情報を取得し、このハウジング１５の状態が圧力測定値に及ぼす影響を相殺するように圧力検知素子２の供給電流の入力値を選択する。
さらにいえば、ＥＣＵ７は、ハウジング１５の温度特性に基づいてハウジング１５の状態に関する情報を取得し、この取得したハウジングの状態が圧力測定値を増大させるときに、圧力検知素子２の出力を減少させるように圧力検知素子２へ供給される供給電流の入力値を選択する。
また、ＥＣＵ７は、ハウジング１５の温度特性に基づいてハウジング１５の状態に関する情報を取得し、この取得したハウジング１５の状態が圧力測定値を減少させるときに、圧力検知素子２の出力を増大させるように圧力検知素子２へ供給される供給電流の入力値を選択する。

以下、圧力測定装置１による圧力測定の例について説明する。まず、圧力検知素子２をハウジング１５に収容する際のパッケージングについて説明する。ハウジング１５は、常温（Ｔ_ＷＬ）のときに、ハウジング１５の側壁において受圧面１５ａ２から密封端子２４の先端面２４ｂまでの距離Ｌｈと、受圧部２０を通過する受圧面１５ａ２から密封端子２４の先端面２４ｂまでの距離Ｌｓとが等しくなるようにセッティングしておく。すなわち、常温（Ｔ_ＷＬ）のときにＬｈ＝Ｌｓとしておく。

≪ハウジング１５の温度特性が温度上昇で抜重となる場合≫
距離Ｌｈと距離Ｌｓとの関係が、環境温度が常温（Ｔ_ＷＬ）よりも上昇したときにＬｈ＞Ｌｓとなって抜重となる場合について説明する。

ＥＣＵ７は、以下の方針に従って圧力測定装置１による圧力測定を行う。
（１）環境温度が常温（Ｔ_ＷＬ）のときには、ハウジング１５による荷重又は抜重は生じないので、供給電流の電流値としてＩ_Ｓを選定する。
（２）環境温度が中温（Ｔ_ＷＳ）や、高温（Ｔ_ＷＨ）のときは、ハウジング１５の抜重により低下した分の出力値を相殺するように高い基準電圧となる供給電流の電流値Ｉ_Ｈを選定する。

次に、ＥＣＵ７が行う制御について図６に示したフロー図を参照しつつ説明する。まず、ステップＳ１において、水温計８によって測定された水温を環境温度として取得する。ＥＣＵ７はステップＳ１の処理に引き続きステップＳ２の処理を行う。ステップＳ２では、図７に示したマップを参照して供給電流の入力値を選定する。

マップは、以下の要領で作成されている。まず、水温（環境温度）によるハウジング１５の伸縮により圧力がどの程度の影響を受けているのかを把握する。例えば、水温が中温（Ｔ_ＷＳ）であるときに、ハウジング１５の温度特性により圧力Ｐ_Ｓ分の抜重となる（図７中、−Ｐ_Ｓと表記）とき、この圧力Ｐ_Ｓ分に相当する電圧値を求める。そして、常温時（Ｔ_ＷＬ）の電圧値Ｖ_ＨＬと中温時（Ｔ_ＷＳ）の電圧値Ｖ_ＨＳとの差が圧力Ｐ_Ｓ分に相当する電圧値となる電流値Ｉ_Ｈを定める。

また、例えば、水温が高温（Ｔ_ＷＨ）であるときに、ハウジング１５の温度特性により圧力Ｐ_Ｈ分の抜重となる（図７中、−Ｐ_Ｈと表記）場合、この圧力Ｐ_Ｈ分に相当する電圧値を求める。そして、常温時（Ｔ_ＷＬ）の電圧値Ｖ_ＨＬと高温時（Ｔ_ＷＨ）の電圧値Ｖ_ＨＨとの差が圧力Ｐ_Ｈ分に相当する電圧値となる電流値Ｉ_Ｈを定める。

マップは、このような要領で作成されている。なお、マップは、温度の連続的な変化に対応させて供給電流の入力値を連続的に選定できる。

ステップＳ１で取得した水温が常温（Ｔ_ＷＬ）であるときは、ハウジング１５の温度特性による状態の変化はみられないものと推定し、供給電流の入力値としてＩ_Ｓを選定する。そして、ステップＳ３に進み、入力値Ｉ_Ｓに対応する電圧値Ｖ_Ｓを基準電圧として、電圧測定手段６による電圧の測定を行う。そして、出力された電圧値の基準電圧Ｖ_Ｓからの上昇分を算出し、圧力値を求める（ステップＳ４）。

ステップＳ１で取得した水温が中温（Ｔ_ＷＳ）であるときは、ハウジング１５の温度特性による状態の変化がみられると推定し、供給電流の入力値としてＩ_Ｈを選定する。そして、ステップＳ３に進み、入力値Ｉ_Ｈに対応する電圧値Ｖ_ＨＳを基準電圧として、電圧測定手段６による電圧の測定を行う。そして、出力された電圧値の基準電圧Ｖ_ＨＳからの上昇分を算出し、圧力値を求める（ステップＳ４）。

ステップＳ１で取得した水温が高温（Ｔ_ＷＨ）であるときは、ハウジング１５の温度特性による状態の変化がみられると推定し、供給電流の電流値としてＩ_Ｈを選定する。そして、ステップＳ３に進み、電流値Ｉ_Ｈに対応する電圧値Ｖ_ＨＨを基準電圧として、電圧測定手段６による電圧の測定を行う。そして、出力された電圧値の基準電圧Ｖ_ＨＨからの上昇分を算出し、圧力値を求める（ステップＳ４）。

図８は、水温と供給電流の入力値の推移を示すグラフである。エンジン始動時の低温（常温）時にはハウジング１５の温度特性に起因する収縮は比較的小さいが、暖機の進行に伴ってその影響が大きくなる。このため、エンジン始動直後は圧力検知素子２の温度特性が安定している領域、すなわち、入力値Ｉ_Ｓを使用し、水温が上昇し、圧力検知素子２の温度が上昇するに連れてハウジング１５の収縮の影響を相殺することができる領域の入力値に制御する。図８に示すように温度上昇に伴って、ハウジング１５の収縮が抜重に作用するときは、供給電流の入力値を上昇させていく。

≪ハウジング１５の温度特性が温度上昇で荷重となる場合≫
距離Ｌｈと距離Ｌｓとの関係が、環境温度が常温（Ｔ_ＷＬ）よりも上昇したときにＬｓ＞Ｌｈとなって荷重となる場合について説明する。

ＥＣＵ７は、以下の方針に従って圧力測定装置１による圧力測定を行う。
（３）環境温度が常温（Ｔ_ＷＬ）のときには、ハウジング１５による荷重又は抜重は生じないので、供給電流の電流値としてＩ_Ｓを選定する。
（４）環境温度が中温（Ｔ_ＷＳ）や、高温（Ｔ_ＷＨ）のときは、ハウジング１５の荷重により増大した分の出力値を相殺するように低い基準電圧となる供給電流の電流値Ｉ_Ｌを選定する。

次に、ＥＣＵ７が行う制御について図６に示したフロー図を参照しつつ説明する。まず、ステップＳ１において、水温計８によって測定された水温を環境温度として取得する。ＥＣＵ７はステップＳ１の処理に引き続きステップＳ２の処理を行う。ステップＳ２では、図９に示したマップを参照して供給電流の入力値を選定する。

マップは、以下の要領で作成されている。まず、水温（環境温度）によるハウジング１５の伸縮により圧力がどの程度の影響を受けているのかを把握する。例えば、水温が中温（Ｔ_ＷＳ）であるとき、ハウジング１５の温度特性により圧力Ｐ_Ｓ分の荷重となる（図９中、＋Ｐ_Ｓと表記）とき、この圧力Ｐ_ＨＳ分に相当する電圧値を求める。そして、常温時（Ｔ_ＷＬ）の電圧値Ｖ_ＬＬと中温時（Ｔ_ＷＳ）の電圧値Ｖ_ＬＳとの差が圧力Ｐ_Ｓ分に相当する電圧値となる入力値Ｉ_Ｌを定める。

また、例えば、水温が高温（Ｔ_ＷＨ）であるとき、ハウジング１５の温度特性により圧力Ｐ_Ｈ分の荷重となる（図９中、＋Ｐ_Ｈと表記）とき、この圧力Ｐ_Ｈ分に相当する電圧値を求める。そして、常温時（Ｔ_ＷＬ）の電圧値Ｖ_ＬＬと高温時（Ｔ_ＷＨ）の電圧値Ｖ_ＬＨとの差が圧力Ｐ_Ｈ分に相当する電圧値となる入力値Ｉ_Ｌを定める。

マップは、このような要領で作成されている。なお、マップは、温度の連続的な変化に対応させて供給電流の入力値を連続的に選定できる。

ステップＳ１で取得した水温が常温（Ｔ_ＷＬ）であるときは、ハウジング１５の温度特性による状態の変化はみられないものと推定し、供給電流の入力値としてＩ_Ｓを選定する。そして、ステップＳ３に進み、入力値Ｉ_Ｓに対応する電圧値Ｖ_Ｓを基準電圧として、電圧測定手段６による電圧の測定を行う。そして、出力された電圧値の基準電圧Ｖ_Ｓからの上昇分を算出し、圧力値を求める（ステップＳ４）。

ステップＳ１で取得した水温が中温（Ｔ_ＷＳ）であるときは、ハウジング１５の温度特性による状態の変化がみられると推定し、供給電流の入力値としてＩ_Ｌを選定する。そして、ステップＳ３に進み、入力値Ｉ_Ｌに対応する電圧値Ｖ_ＬＳを基準電圧として、電圧測定手段６による電圧の測定を行う。そして、出力された電圧値の基準電圧Ｖ_ＬＳからの上昇分を算出し、圧力値を求める（ステップＳ４）。

ステップＳ１で取得した水温が高温（Ｔ_ＷＨ）であるときは、ハウジング１５の温度特性による状態の変化がみられると推定し、供給電流の入力値としてＩ_Ｌを選定する。そして、ステップＳ３に進み、入力値Ｉ_Ｌに対応する電圧値Ｖ_ＬＨを基準電圧として、電圧測定手段６による電圧の測定を行う。そして、出力された電圧値の基準電圧Ｖ_ＬＨからの上昇分を算出し、圧力値を求める（ステップＳ４）。

図１０は、水温と供給電流の入力値の推移を示すグラフである。エンジン始動時の低温（常温）時にはハウジング１５の温度特性に起因する収縮は比較的小さいが、暖機の進行に伴ってその影響が大きくなる。このため、エンジン始動直後は圧力検知素子２の温度特性が安定している領域、すなわち、入力値Ｉ_Ｓを使用し、水温が上昇し、圧力検知素子２の温度が上昇するに連れてハウジング１５の収縮の影響を相殺することができる領域の入力値に制御する。図１０に示すように温度上昇に伴って、ハウジング１５の収縮が荷重に作用するときは、供給電流の入力値を下降させていく。

以上のように供給電流の入力値を選択することにより、ハウジング１５の温度特性を折り込んだ測定値を出力することができる。

圧力測定装置１による圧力測定時の制御のイメージは、図１１のように示すこともできる。図１１中、破線はハウジング１５の温度特性、点線は圧力検知素子２の温度特性、実線はハウジング１５と圧力検知素子２を併せた総合の温度特性を示している。この総合の温度特性は、本実施例の圧力測定装置１の温度特性ということができる。

図１１中、（Ａ）は、ハウジング１５の温度特性が、水温の上昇に伴って抜重となり出力を低下させるように作用する場合の水温と水温変化に伴う出力変化の関係を示している。このような場合、供給電流として入力値Ｉ_Ｈを選択する。入力値Ｉ_Ｈを選択することによって、圧力検知素子２に、水温の上昇に伴って基準電圧が上昇する温度特性を持たせることができる。このような圧力検知素子２の温度特性によりハウジング１５の温度特性を相殺することができる。これにより、総合の温度特性は、水温の変化にかかわらず一定とすることができる。

図１１中、（Ｂ）は、ハウジング１５の温度特性が、水温の上昇に伴って荷重となり出力を上昇させるように作用する場合の水温と水温変化に伴う出力変化の関係を示している。このような場合、供給電流として入力値Ｉ_Ｌを選択する。入力値Ｉ_Ｌを選択することによって、圧力検知素子２に、水温の上昇に伴って基準電圧が低下する温度特性を持たせることができる。このような圧力検知素子２の温度特性によりハウジング１５の温度特性を相殺することができる。これにより、総合の温度特性は、水温の変化にかかわらず一定とすることができる。

なお、水温が常温（Ｔ_ＷＬ）であるときは、Ｌｈ＝Ｌｓである。このようにハウジング１５が伸縮せず、出力に影響を及ばさないときは、供給電流の入力値としてＩ_Ｓを選択する。

以上のような制御を行うことにより、常温〜高温まで温度によるドリフトを抑制し、精度の高い圧力測定を行うことができる。

次に、実施例２について、図１２乃至図１４を参照しつつ説明する。図１２は、実施例２の圧力測定装置１００の概略構成を示すブロック図である。図１２に示すように、実施例２の圧力測定装置１００は、実施例１の圧力測定装置１と異なり、水温計８が廃止されている。すなわち、実施例１では、水温計８から温度情報を取得し、この温度情報に基づいてハウジング１５の状態に関する情報を取得していたが、実施例２では、水温計８を用いることなく、ハウジング１５の状態を把握する。具体的には、ＥＣＵ７が、圧力検知素子２より圧力情報を取得し、この圧力情報に基づいてハウジング１５の状態に関する情報を取得する。そして、これに基づいて供給電流入力値を調節する。ハウジング１５の状態は、環境温度に基づいて変化し、そのハウジング１５の状態の変化が圧力検知素子２の測定値、すなわち、圧力情報に影響を与える。このため、圧力検知素子２の測定値に変化があれば、環境温度が変化し、ハウジング１５の状態が変化していると判断することができる。実施例２では、この現象を利用して、供給電流入力値を調節して、ハウジング１５の状態が圧力測定値に与える影響を相殺することができる適切な基準電圧に近づける学習制御を行う。

なお、他の構成は、実施例１の圧力測定装置１と異なるところがないので、共通する構成要素については図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。圧力測定装置１００がハウジング１５内に収容された圧力検知素子２を備えている点も共通する。

以下、実施例２の圧力測定装置１００による圧力の測定につき、説明する。図１３に示したフロー図を参照しつつ説明する。

まず、ＥＣＵ７は、ステップＳ１１において初期値を設定する。初期値として設定されるのは、供給電流入力値であり、Ｉｓ１＝Ｉｓと設定される。このため、ハウジング１５に伸縮が生じておらず、予荷重のみが加わった状態であれば基準電圧であるＶｓが出力されるはずである。ステップＳ１１では、このＶｓを初期基準電圧Ｖｓ１として設定し、以下の処理を行う。

ステップＳ１２では、実際にＩｓ１の電流を圧力検知素子２に供給し、圧力情報となる電圧値Ｖｓ２を電圧測定手段６の出力として取得する。ここで、Ｉｓ１の電流の供給は、圧力変動の下限値が変化したと判断されるタイミングで行う。
ＥＣＵ７は、電圧測定手段６の出力を連続的にモニタリングし、測定値の変化を監視している。図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は、圧力検知素子２による圧力の測定値の変移を示すグラフである。圧力検知素子２による圧力の測定値は、ほぼ一定の下限値を維持して周期的に変化しているが、その下限値がΔＰ以上変動する場合がある。これは、圧力測定装置１００の環境温度の変化に伴って、ハウジング１５が伸縮することに起因していると考えられる。すなわち、このように圧力情報に基づいてハウジング１５の状態を把握することができる。ハウジング１５の温度特性が温度上昇によって荷重となる場合は、エンジンが稼動し、環境温度が上昇するような状態で図１４（Ａ）に示すような波形が観測されると考えられる。一方、ハウジング１５の温度特性が温度上昇によって抜重となる場合は、エンジンが稼動し、環境温度が上昇するような状態で図１４（Ｂ）に示すような波形が観察されると考えられる。
このようにハウジング１５の状態が圧力測定に影響を及ぼすようになってきたら、以下の処置により、供給電流入力値を制御してハウジング１５の状態が圧力測定値に及ぼす影響を相殺する。

なお、下限値が変動したことの判断基準となるΔＰは任意に設定することができる。また、供給電流Ｉｓ１の供給は、圧力が印加されていないと判断されるタイミングにおいて行うようにすることもできる。圧力測定装置１００は、燃焼圧センサとして用いられるため、例えば、燃焼室内が大気圧状態とみなせるクランク角となるタイミングを指定し、このタイミングでＩｓ１の電流の供給を行うことができる。このように予荷重以外の圧力が加わらない状態でＩｓ１を供給すると、初期の状態でＩｓ１＝Ｉｓであるから、電圧測定手段６により出力されるのは、基準電圧であるＶｓとなるはずである。これにもかかわらず電圧測定手段６が異なる出力を行ったときは、環境温度が変化し、これに伴ってハウジング１５の状態が変化していると考えられる。このようにしてもハウジングの状態を把握することができ、この現象を利用して供給電流の入力値を調節することも可能である。

ステップＳ１２において基準電圧Ｖｓ２を取得したら、ステップＳ１３へ進む。ステップＳ１３では、基準電圧Ｖｓ２に対応する圧力値を算出する。ただし、この段階における測定値は、ハウジング１５の状態を考慮した補正の必要性が判断されていない仮の測定値である。

ＥＣＵ７は、ステップ１３の処理を終えるとステップＳ１４へ進む。ステップＳ１４では、初期の基準電圧として設定したＶｓ１と測定されたＶｓ２とが等しいか否かの判断が行われる。このステップＳ１４でＹｅｓと判断された場合、すなわち、Ｖｓ２＝Ｖｓ１と判断した場合は、処理は終了する（エンド）。Ｖｓ１と等しいＶｓ２が出力されたときは、Ｉｓ１に対応する基準電圧がそのまま出力されたことになる。これは、ハウジング１５の状態が圧力測定値に影響を及ぼしていないことを意味している。そのため、Ｉｓ１の調節は不要となる。また、ステップＳ１２で算出した圧力測定値の補正は不要であり、算出した値がそのまま測定圧力値として採用される。

一方、ステップＳ１４でＮｏと判断したとき、すなわち、Ｖｓ２≠Ｖｓ１と判断した場合は、ステップＳ１５へ進む。ステップＳ１５では、供給電流入力値の補正を行う。ここで、供給電流入力値の補正は、以下の方針で行う。
Ｖｓ２−Ｖｓ１＜０となるとき、例えば、ハウジング１５の温度特性が温度上昇で抜重となる場合であれば、供給電流入力値Ｉｓ１を増加させ、新たなＩｓ１とする。
例えば、Ｉｓ１←Ｉｓ１＋α（α＞０）
とする。
一方、Ｖｓ２−Ｖｓ１＞０となるとき、例えば、ハウジング１５の温度特性が温度上昇で荷重となる場合であれば、供給電流入力値Ｉｓ１を減少させ、新たなＩｓ１とする。
例えば、Ｉｓ１←Ｉｓ１−α（α＞０）
とする。

ＥＣＵ７はステップＳ１５に引き続き行われるステップＳ１６において、ステップＳ１２で取得したＶｓ２を新たな初期基準電圧として設定する。すなわち、
Ｖｓ１＝Ｖｓ２
とする。

ステップＳ１５の処理を終えた後は、ステップＳ１２以降の処理を繰り返す。このような学習制御を行うことにより、温度計８を用いることなく、環境温度によるドリフトや初期状態のバラツキを抑えつつ、徐々に最適な供給電流入力値２近づけることができる。この結果、ハウジング１５の状態に左右されない適切な圧力測定を行うことができる。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
上記実施例では、常温（Ｔ_ＷＬ）のときにＬｈ＝Ｌｓとなるようにハウジング１５のパッケージングを行っているが、例えば、中温（Ｔ_ＷＳ）のときにＬｈ＝Ｌｓとなるようにハウジング１５のパッケージングを行い、この中温（Ｔ_ＷＳ）を基準として、常温（Ｔ_ＷＬ）側で抜重又は荷重となるようにし、高温（Ｔ_ＷＨ）側で抜重又は荷重となるようにしてもよい。

図１は、実施例１の圧力測定装置の概略構成を示したブロック図である。 図２は、圧力検知素子をハウジング内に収容した状態で断面とした説明図である。 図３は、圧力測定装置が備える圧力検知部の拡散分解図である。 図４は、ダイオードのアノード・カソード間電圧と電流の関係を示すグラフである。 図５は、電流供給手段がピエゾ抵抗素子と補償用ダイオードの直列回路を有する圧力検知素子に供給する供給電流の入力値と、圧力が印加されてないときの出力電圧の関係を示すグラフである。 図６は、ＥＣＵが行う制御の一例を示したフロー図である。 図７は、ＥＣＵが参照するマップの一例を示す説明図である。 図８は、水温と供給電流の入力値の推移を示すグラフである。 図９は、ＥＣＵが参照するマップの一例を示す説明図である。 図１０は、水温と供給電流の入力値の推移を示すグラフである。 図１１は、圧力測定装置による圧力測定時の制御のイメージを示す説明図である。 図１２は、実施例２の圧力測定装置の概略構成を示したブロック図である。 図１３は、ＥＣＵが行う制御の一例を示したフロー図である。 図１４は、圧力検知素子による圧力の測定値の変移を示すグラフであり、図１４（Ａ）はハウジングの温度特性が温度上昇で抜重となる場合の変移を示す図、図１４（Ｂ）はハウジングの温度特性が温度上昇で荷重となる場合の変移を示す図である。

符号の説明

１，１００…圧力測定装置 ２…圧力検知素子
３…ピエゾ抵抗素子 ４…補償用ダイオード
５…電流供給手段 ６…電圧測定手段
７…ＥＣＵ ８…水温計
１５…ハウジング １５ａ１…力伝達部
１５ａ２…受圧面 ２０…受圧部

Claims (8)

1. 電流供給手段と、
   当該電流供給手段により供給電流が供給され、圧力の検出を行う圧力検知素子と、
   当該圧力検知素子を収容するハウジングと、
   測定圧力に応じた出力を行う出力手段と、
   前記ハウジングの温度特性に応じて、圧力検知時の前記供給電流の入力値を選択する制御部と、
   を備えたことを特徴とした圧力測定装置。
2. 前記制御部は、前記ハウジングの温度特性に基づいて当該ハウジングの状態に関する情報を取得し、当該ハウジングの状態が圧力測定値に及ぼす影響を相殺するように前記圧力検知素子へ供給される前記供給電流の入力値を選択することを特徴とした請求項１記載の圧力測定装置。
3. 前記制御部は、前記ハウジングの温度特性に基づいて当該ハウジングの状態に関する情報を取得し、当該取得したハウジングの状態が圧力測定値を増大させるときに、前記圧力検知素子の出力を減少させるように前記圧力検知素子へ供給される前記供給電流の入力値を選択することを特徴とした請求項１記載の圧力測定装置。
4. 前記制御部は、前記ハウジングの温度特性に基づいて当該ハウジングの状態に関する情報を取得し、当該取得したハウジングの状態が圧力測定値を減少させるときに、前記圧力検知素子の出力を増大させるように前記圧力検知素子へ供給される前記供給電流の入力値を選択することを特徴とした請求項１記載の圧力測定装置。
5. 前記制御部は、エンジンに装着される水温計から温度情報を取得し、当該温度情報に基づいて前記ハウジングの状態に関する情報を取得することを特徴とした請求項２乃至４のいずれか一項記載の圧力測定装置。
6. 前記制御部は、前記圧力検知素子より取得した圧力情報に基づいて前記ハウジングの状態に関する情報を取得することを特徴とした請求項２乃至４のいずれか一項記載の圧力測定装置。
7. 前記制御部は、圧力変動の下限値が変化したと判断されるタイミング、又は、圧力が印加されていないと判断されるタイミングにおいて前記圧力検知素子より取得した圧力情報に基づいて前記ハウジングの状態に関する情報を取得することを特徴とした請求項２乃至４のいずれか一項記載の圧力測定装置。
8. 前記圧力検知素子は、前記電流供給手段に接続されており、単ゲージ抵抗を形成するピエゾ抵抗素子とそのピエゾ抵抗素子に直列に接続されている補償用ダイオードを有する直列回路を形成し、
   前記出力手段は、前記直列回路の両端間の電圧を測定する電圧測定手段であり、
   前記単ゲージ抵抗は、作用する応力によって抵抗値が変化するピエゾ抵抗効果を有するとともに、その抵抗値が温度上昇に依存して上昇する正の温度特性を有しており、
   前記補償用ダイオードは、前記電流供給手段に対して順方向に設けられており、そのアノード・カソード間電圧が温度上昇に依存して低下する負の温度特性を有していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項記載の圧力測定装置。

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