JP2636404B2

JP2636404B2 - 半導体差圧測定装置

Info

Publication number: JP2636404B2
Application number: JP5935889A
Authority: JP
Inventors: 敏夫阿賀; ▲てつ▼ 尾土平; 賢一吉岡
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1989-03-10
Filing date: 1989-03-10
Publication date: 1997-07-30
Anticipated expiration: 2012-07-30
Also published as: JPH02238337A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は、１つの剪断型ゲージで、差圧を検出すると
ともに、静圧補償用信号、温度補償用信号を得て、３つ
の信号出力を信号処理することにより、高精度な差圧信
号が得られる半導体差圧測定装置に関するものである。

＜従来の技術＞第４図は従来より一般に使用されている従来例の構成
説明図である。

図において、１はシリコンダイアフラムである。シリ
コンダイアフラム１は中央部の差圧応答領域２と、周辺
部の差圧に応答しない領域３を有している。差圧応答領
域２には差圧検出用の一対のピエゾ抵抗素子11,12およ
び13,14が設けられており、非差圧応答領域３には、温
度と静圧とを検出するピエゾ抵抗係数の異なる一対のピ
エゾ抵抗素子15,16が設けられている。

４はピエゾ抵抗素子11,12および13,14からの差圧検出
信号と、ピエゾ抵抗素子15,16からの温度と静圧検出信
号とを演算して静圧温度補償がされた差圧信号を出力す
る演算手段である。

以上の構成において、ピエゾ抵抗素子11,12および13,
14により差圧が検出され、一対のピエゾ抵抗素子15,16
により温度と静圧が検出されて、演算手段４で静圧温度
補償が演算され、差圧信号が出力される。

＜発明が解決しようとする課題＞しかしながら、この様な装置においては、（１）温度と静圧センサ15,16が必要であり構造が複雑
になる。

（２）温度と静圧センサ15,16が必要であるので、要素
が増え、信頼性が低下する。

（３）温度センサは差圧検出センサと別体であるので、
ダイアフラム上の温度分布の影響を受け、温度特性が向
上し難たい。

本発明は、この問題点を解決するものである。

本発明の目的は、１つの剪断型ゲージで、差圧を検出
するとともに、静圧補償用信号、温度補償用信号を得
て、３つの信号出力を信号処理することにより、高精度
な差圧信号が得られる半導体差圧測定装置を提供するに
ある。

＜課題を解決するための手段＞この目的を達成するために、本発明は半導体ダイアフ
ラムの薄肉起歪部に設けられ２個の駆動端子と２個の出
力端子とを有する剪断形ゲージと、前記出力端子の出力電圧を検出する出力電圧検出手段
と、該出力電圧検出手段からの信号に対して前記半導体ダ
イアフラムに加わる静圧と差圧と温度に関する関数式を
記憶する第１関数記憶手段と、前記駆動端子間の抵抗を検出する第１抵抗検出手段
と、該第１抵抗検出手段からの信号に対して前記半導体ダ
イアフラムに加わる静圧と差圧と温度に関する関数式を
記憶する第２関数記憶手段と、前記出力端子の一方と前記駆動端子の一方との間の抵
抗を検出する第２抵抗検出手段と、該第２抵抗検出手段からの信号に対して前記半導体ダ
イアフラムに加わる静圧と差圧と温度に関する関数式を
記憶する第３関数記憶手段と、前記出力電圧検出手段からの測定信号と前記第１抵抗
検出手段からの測定信号と前記第２抵抗検出手段からの
測定信号とこれらの信号に基づき前記第1,第2,第３関数
記憶手段にそれぞれ記憶された関数式を呼出し差圧を演
算する演算手段とを具備してなる半導体差圧測定装置を
構成したものである。

＜作用＞以上の構成において、測定ダイアフラムに測定流体の
差圧が加わると、剪断形ゲージの出力端子の出力電圧を
出力電圧検出手段で検出する。

剪断形ゲージの駆動端子間の抵抗を第１抵抗検出手段
で検出する。

剪断形ゲージの出力端子の一方と、駆動端子の一方と
の間の抵抗を、第２抵抗検出手段で検出する。

演算手段において出力電圧検出手段からの測定信号と
第１抵抗検出手段からの測定信号と第２抵抗検出手段か
らの測定信号とこれらの信号に基づき第1,第2,第３関数
記憶手段にそれぞれ記憶された関数式を呼出し差圧を演
算する。

以下、実施例に基づき詳細に説明する。

＜実施例＞第１図は本発明の一実施例の要部構成説明図である。

図において、21はシリコンダイアフラムである。シリ
コンダイアフラム21は中央部の差圧応答領域22と、周辺
部の差圧に応答しない非応答領域23とを有している。差
圧応答領域22には、２個の駆動端子32,33と２個の出力
端子34,35とを有する剪断形ゲージ31が設けられてい
る。

41は出力端子34,35の出力電圧Voutを検出する出力電
圧検出手段である。

42は出力電圧検出手段41からの信号に対して半導体ダ
イアフラム21に加わる静圧と差圧と温度に関する関数式
を記憶する第１関数記憶手段である。

51は駆動端子32,33間の抵抗R_Gを検出する第１抵抗検
出手段である。

52は第１抵抗検出手段51からの信号に対して半導体ダ
イアフラム21に加わる静圧と差圧と温度に関する関数式
を記憶する第２関数記憶手段である。

61は出力端子の一方と前記駆動端子の一方との間の抵
抗R₁を検出する第２抵抗検出手段である。この場合は、
出力端子34と駆動端子32との間の抵抗が検出されてい
る。

62は第２抵抗検出手段61からの信号に対して半導体ダ
イアフラム21に加わる静圧と差圧と温度に関する関数式
を記憶する第３関数記憶手段である。

71は出力電圧検出手段41からの測定信号と、第１抵抗
検出手段51からの測定信号と第２抵抗検出手段61からの
測定信号とこれらの信号に基づき前記第1,第2,第３関数
記憶手段42,52,62にそれぞれ記憶された関数式を呼出し
差圧を演算する演算手段である。

81は駆動端子32,33に接続された定電圧駆動回路であ
る。

以上の構成において、測定ダイアフラム21に測定流体
の差圧が加わると、剪断形ゲージの出力端子34,35の出
力電圧Voutを出力電圧検出手段41で検出する。

剪断形ゲージの駆動端子32,33間の抵抗R_Gを第１抵抗
検出手段51で検出する。

剪断形ゲージの出力端子の一方と、駆動端子の一方と
の間の抵抗R₁を、第２抵抗検出手段で検出する。この場
合は、出力端子34と駆動端子32との間の抵抗が検出され
ている。

演算手段71において出力電圧検出手段41からの測定信
号と第１抵抗検出手段51からの測定信号と第２抵抗検出
手段61からの測定信号とこれらの信号に基づき第1,第2,
第３関数記憶手段42,52,62にそれぞれ記憶された関数式
を呼出し差圧を演算する。

具体的には、（Ｉ）出力電圧Vout、抵抗R_G、抵抗R₁はそれぞれ次式で
示される。

Vout≒ＡπVs（１＋βｔ）（ΔＰ＋BPs）＋V⁰（ｔ）＝ｆ（P_S,ΔP,t） ……（１） R₁≒R₀（１＋αｔ）｛１＋Ｃ（１＋β₁t）π_１（ΔＰ＋DP_S）｝＝ｈ（P_S,ΔP,t） ……（２） R_G≒R₁₀（１＋αｔ）｛１＋Ｅ（１＋β₁t）π_１（ΔＰ＋FP_S）｝＝ｇ（P_S,ΔP,t） ……（３） V⁰:オフセット出力 R₀,R₁₀:基準温度での抵抗値 Vs:駆動電圧 α：抵抗温度係数 t:温度（基準温度からの差）Ａ〜F:定数 ΔP:差圧（ΔＰ＝P_H−P_L、 P_H:高圧側の測定圧、 P_L:低圧側の測定圧） P_S:静圧 π，π₁:ピエゾ抵抗係数（ｔ＝０での値） β，β₁:π，π_１の温度係数（１）、（２）、（３）式では、関数ｆ、ｇ、ｈの近
似式を示している。例えば、α、βに付いては、ｔのｎ
次式で表わせば、より実際に近ずく。

（II）（１）、（２）、（３）式よりｆ、ｇ、ｈの関数
を剪断型ゲージ31に適合する一般式を選んで、前もっ
て、ｆ、ｇ、ｈの関数式を一対のP_S,ΔP,tに対して求め
て、（１）、（２）、（３）式の定数を決定し、それぞ
れ、第1,第2,第３関数記憶手段42,52,62に記憶させて置
けば、逆に、測定時に得られた出力電圧Vout、抵抗R_G、
抵抗R₁の３つの値から、P_S,ΔP,tが求められる、即ち差
圧ΔＰを求める事が出来る。

（III）（１）（２）（３）式で示した、関数ｆ、ｇ、
ｈの近似式より、関数ｆ、ｇ、ｈの式の形の例として、
例えば、以下の式が考えられる。

Vout＝A₀＋A₁ΔＰ＋A₂P_S＋A₃t＝ｆ（P_S,ΔP,t） ……（４） R₁＝B₀＋B₁ΔＰ＋B₂P_S＋B₃t＝ｈ（P_S,ΔP,t） ……（５） R_G＝C₀＋C₁ΔＰ＋C₂P_S＋C₃t＝ｇ（P_S,ΔP,t） ……（６）即ち、半導体差圧測定装置製作後、出力電圧Vout,抵
抗R_G、抵抗R₁を入力して、定数A₀〜A₃、B₀〜B₃、C₀〜C₃
を求める。測定時には測定時の出力電圧Vout、抵抗R_G、
抵抗R₁の値よりP_S,ΔP,tが演算手段71により求まる。

この結果、（１）センサは剪断型ゲージ31のみで良いので、シンプ
ルな構成に出来る。

（２）温度や静圧センサ等が必要でないので、構成素子
の減少により、信頼性が向上する。

（３）センサは剪断型ゲージ31のみで良いので、ダイア
フラム上の温度分布の影響を受けず、温度特性が良好な
ものが得られる。

なお、ダイアフラムの形状は、円形に限る事はない。

また、出力電圧検出手段41、第1,第２抵抗検出手段5
1,61、第1,第2,第３関数記憶手段42,52,62、演算手段71
は、別体に配置することなく、非応答領域23に形成され
てもよい。

＜発明の効果＞以上説明したように、本発明は、半導体ダイアフラム
の薄肉起歪部に設けられ２個の駆動端子と２個の出力端
子とを有する剪断形ゲージと、前記出力端子の出力電圧を検出する出力電圧検出手段
と、該出力電圧検出手段からの信号に対して前記半導体ダ
イアフラムに加わる静圧と差圧と温度に関する関数式を
記憶する第１関数記憶手段と、前記駆動端子間の抵抗を検出する第１抵抗検出手段
と、該第１抵抗検出手段からの信号に対して前記半導体ダ
イアフラムに加わる静圧と差圧と温度に関する関数式を
記憶する第２関数記憶手段と、前記出力端子の一方と前記駆動端子の一方との間の抵
抗を検出する第２抵抗検出手段と、該第２抵抗検出手段からの信号に対して前記半導体ダ
イアフラムに加わる静圧と差圧と温度に関する関数式を
記憶する第３関数記憶手段と、前記出力電圧検出手段からの測定信号と前記第１抵抗
検出手段からの測定信号と前記第２抵抗検出手段からの
測定信号とこれらの信号に基づき前記第1,第2,第３関数
記憶手段にそれぞれ記憶された関数式を呼出し差圧を演
算する演算手段とを具備してなる半導体差圧測定装置を
構成した。

この結果、（１）センサは剪断型ゲージのみで良いので、シンプル
な構成に出来る。

（３）センサは剪断型ゲージのみで良いので、ダイアフ
ラム上の温度分布の影響を受けず、温度特性が良好なも
のが得られる。

従って、本発明によれば、１つの剪断型ゲージで、差
圧を検出するとともに、静圧補償用信号、温度補償用信
号を得て、３つの信号出力を信号処理することにより、
高精度な差圧信号が得られる半導体差圧測定装置を実現
することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部構成説明図、第２図，
第３図は第１図の要部構成説明図、第４図，第５図は従
来より一般に使用されている従来例の構成説明図であ
る。 21……シリコンダイアフラム、22……差圧応答領域、23
……非応答領域、31……剪断型ゲージ、32,33……駆動
端子、34,35……出力端子、41……出力電圧検出手段、4
2……第１関数記憶手段、51……第１抵抗検出手段、52
……第２関数記憶手段、61……第２抵抗検出手段、62…
…第３関数記憶手段、71……演算手段、81……定電圧回
路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ダイアフラムの薄肉起歪部に設けら
れ２個の駆動端子と２個の出力端子とを有する剪断形ゲ
ージと、前記出力端子の出力電圧を検出する出力電圧検出手段
と、該出力電圧検出手段からの信号に対して前記半導体ダイ
アフラムに加わる静圧と差圧と温度に関する関数式を記
憶する第１関数記憶手段と、前記駆動端子間の抵抗を検出する第１抵抗検出手段と、該第１抵抗検出手段からの信号に対して前記半導体ダイ
アフラムに加わる静圧と差圧と温度に関する関数式を記
憶する第２関数記憶手段と、前記出力端子の一方と前記駆動端子の一方との間の抵抗
を検出する第２抵抗検出手段と、該第２抵抗検出手段からの信号に対して前記半導体ダイ
アフラムに加わる静圧と差圧と温度に関する関数式を記
憶する第３関数記憶手段と、前記出力電圧検出手段からの測定信号と前記第１抵抗検
出手段からの測定信号と前記第２抵抗検出手段からの測
定信号とこれらの信号に基づき前記第1,第2,第３関数記
憶手段にそれぞれ記憶された関数式を呼出し差圧を演算
する演算手段とを具備してなる半導体差圧測定装置。