JP2639101B2 - 圧力検出装置 - Google Patents
圧力検出装置Info
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- JP2639101B2 JP2639101B2 JP12813689A JP12813689A JP2639101B2 JP 2639101 B2 JP2639101 B2 JP 2639101B2 JP 12813689 A JP12813689 A JP 12813689A JP 12813689 A JP12813689 A JP 12813689A JP 2639101 B2 JP2639101 B2 JP 2639101B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、出力電圧の変化として圧力を測定する圧力
検出装置に係り、特に周囲の温度の影響を受けずかつ簡
単に駆動できるように改良された圧力検出装置に関す
る。
検出装置に係り、特に周囲の温度の影響を受けずかつ簡
単に駆動できるように改良された圧力検出装置に関す
る。
＜従来の技術＞ 第３図は従来の圧力検出装置の構成の概要を示す要部
回路図である。この圧力検出装置は特公昭63−13141号
に開示されている。
回路図である。この圧力検出装置は特公昭63−13141号
に開示されている。
RA、RB、RC、RDは例えばシリコン基板のダイアフラム
上に不純物を拡散して形成された歪ゲージであり、測定
圧力により抵抗値を変え出力端T1、T2に測定圧力に対応
した圧力信号V01を出力する。r1、r2はブリッジBRのバ
ランスをとるための調整抵抗である。このブリッジBRは
−2000ppm/℃の程度の温度係数を有しているので、この
電源端T3、T4に定電圧ESをそのまま印加しても温度によ
る誤差が発生する。
上に不純物を拡散して形成された歪ゲージであり、測定
圧力により抵抗値を変え出力端T1、T2に測定圧力に対応
した圧力信号V01を出力する。r1、r2はブリッジBRのバ
ランスをとるための調整抵抗である。このブリッジBRは
−2000ppm/℃の程度の温度係数を有しているので、この
電源端T3、T4に定電圧ESをそのまま印加しても温度によ
る誤差が発生する。
そこで、この温度による影響を補償するために電源端
T3と定電圧ESとの間に、負の温度係数を持つようにベー
スとコレクタ、ベースとエミッタの間にそれぞれ抵抗
R1、R2が接続されたトランジスタQ1が接続され、これに
より歪ゲージによる温度変動を補償している。
T3と定電圧ESとの間に、負の温度係数を持つようにベー
スとコレクタ、ベースとエミッタの間にそれぞれ抵抗
R1、R2が接続されたトランジスタQ1が接続され、これに
より歪ゲージによる温度変動を補償している。
＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、このような圧力検出装置では、電源と
して安定な定電圧源を必要とし、またブリッジBRの電源
端と、トランジスタQ1或いは定電圧源との間のリード線
の抵抗が歪ゲージの抵抗に対して無視し得ないときには
その影響を受けるなどの問題がある。
して安定な定電圧源を必要とし、またブリッジBRの電源
端と、トランジスタQ1或いは定電圧源との間のリード線
の抵抗が歪ゲージの抵抗に対して無視し得ないときには
その影響を受けるなどの問題がある。
＜課題を解決するための手段＞ 本発明は、以上の課題を解決するために、駆動電源が
実質的に電源端に印加され測定圧力に対応して出力端か
ら出力信号を出力する歪ゲージと、この電源端間に接続
されコレクタ電流比が一定になるように制御されかつエ
ミッタが共通に接続された２個のトランジスタのベース
／エミッタ間電圧の差として基準電圧を発生させる基準
電圧発生手段と、電源端間に接続され負の温度係数を持
つ素子と基準電圧が印加された抵抗とが直列に接続され
た直列回路とを具備し、歪ゲージの温度による圧力信号
の変化を補償するように直列回路の定数を実質的に選定
するようにしたものである。
実質的に電源端に印加され測定圧力に対応して出力端か
ら出力信号を出力する歪ゲージと、この電源端間に接続
されコレクタ電流比が一定になるように制御されかつエ
ミッタが共通に接続された２個のトランジスタのベース
／エミッタ間電圧の差として基準電圧を発生させる基準
電圧発生手段と、電源端間に接続され負の温度係数を持
つ素子と基準電圧が印加された抵抗とが直列に接続され
た直列回路とを具備し、歪ゲージの温度による圧力信号
の変化を補償するように直列回路の定数を実質的に選定
するようにしたものである。
＜作 用＞ 電源端間に接続された基準電圧発生手段によりコレク
タ電流比が一定になるように制御すると共に２個のトラ
ンジスタのベース／エミッタ間電圧の差として基準電圧
を発生させ、これを歪ゲージの温度による圧力信号の変
化を補償するように定数が実質的に選定された直列回路
の抵抗に印加し、これに流れる電流をベースとして歪ゲ
ージの電源端の電圧を制御する。
タ電流比が一定になるように制御すると共に２個のトラ
ンジスタのベース／エミッタ間電圧の差として基準電圧
を発生させ、これを歪ゲージの温度による圧力信号の変
化を補償するように定数が実質的に選定された直列回路
の抵抗に印加し、これに流れる電流をベースとして歪ゲ
ージの電源端の電圧を制御する。
＜実施例＞ 以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。
第１図は本発明の１実施例の構成を示す回路図である。
第１図は本発明の１実施例の構成を示す回路図である。
SGは矩形状のシリコンのダイアフラム上に形成された
剪断形ゲージであり、その電源端T5、T6にリード線のリ
ード抵抗Rl1、Rl2を介して駆動端TB1、TB2から駆動電圧
VSが印加されている。この場合に出力端T7、T8に発生す
る圧力信号V02は次式で示される。
剪断形ゲージであり、その電源端T5、T6にリード線のリ
ード抵抗Rl1、Rl2を介して駆動端TB1、TB2から駆動電圧
VSが印加されている。この場合に出力端T7、T8に発生す
る圧力信号V02は次式で示される。
V02＝ＫπτVS …（１） ここに、πはピエゾ抵抗係数、τは測定圧力により発
生する剪断応力、Ｋは定数である。このピエゾ抵抗係数
πは−2000ppm/℃の温度係数を有している。
生する剪断応力、Ｋは定数である。このピエゾ抵抗係数
πは−2000ppm/℃の温度係数を有している。
この駆動端TB1には、エミッタが共通に接続されたト
ランジスタQ2、Q3のそれぞれのコレクタが抵抗R3、R4を
介して接続され、これ等のトランジスタQ2、Q3のエミッ
タはトランジスタQ4のコレクタに接続され、そのエミッ
タは駆動端TB2に接続されている。そして、これらのト
ランジスタQ2、Q3のエミッタ面積比はn:1に選定されて
いる。
ランジスタQ2、Q3のそれぞれのコレクタが抵抗R3、R4を
介して接続され、これ等のトランジスタQ2、Q3のエミッ
タはトランジスタQ4のコレクタに接続され、そのエミッ
タは駆動端TB2に接続されている。そして、これらのト
ランジスタQ2、Q3のエミッタ面積比はn:1に選定されて
いる。
トランジスタQ4のベースは、ベースとコレクタとが接
続されたトランジスタQ5のベースに接続され、そのエミ
ッタは駆動端TB2に、そのコレクタは抵抗R5を介して駆
動端B1にそれぞれ接続され、トランジスタQ5とQ4とはミ
ラー回路を構成している。
続されたトランジスタQ5のベースに接続され、そのエミ
ッタは駆動端TB2に、そのコレクタは抵抗R5を介して駆
動端B1にそれぞれ接続され、トランジスタQ5とQ4とはミ
ラー回路を構成している。
トランジスタQ2、Q3のそれぞれのコレクタは電源端が
それぞれ駆動端TB1、TB2に接続された演算増幅器Q6の反
転入力端（−）と非反転入力端（＋）に接続され、その
出力端は駆動端TB1に接続されている。
それぞれ駆動端TB1、TB2に接続された演算増幅器Q6の反
転入力端（−）と非反転入力端（＋）に接続され、その
出力端は駆動端TB1に接続されている。
さらに、剪断形ゲージSGの電源端T5、T6には、抵抗
R6、R7、R8、およびベースとコレクタとが接続されたト
ランジスタQ7の直列回路SCがリード抵抗Rl3、Rl4を介し
て接続されている。
R6、R7、R8、およびベースとコレクタとが接続されたト
ランジスタQ7の直列回路SCがリード抵抗Rl3、Rl4を介し
て接続されている。
次に、以上のように構成された実施例の動作について
説明する。
説明する。
駆動電圧VSにより抵抗R5を介してトランジスタQ5に流
れる電流I1は、トランジスタQ4にコピーされてトランジ
スタQ2、Q3に流れる電流の和の電流I2として流される。
一方、トランジスタQ2、Q3の各々に流れる電流I3、I4は
演算増幅器Q6で検出されてこれ等の電流I3、I4が等しく
なるように制御されている。
れる電流I1は、トランジスタQ4にコピーされてトランジ
スタQ2、Q3に流れる電流の和の電流I2として流される。
一方、トランジスタQ2、Q3の各々に流れる電流I3、I4は
演算増幅器Q6で検出されてこれ等の電流I3、I4が等しく
なるように制御されている。
従って、トランジスタQ2とQ3のそれぞれのベース／エ
ミッタ間の電圧の差の電圧ΔVbeは次式のように表され
る。
ミッタ間の電圧の差の電圧ΔVbeは次式のように表され
る。
ΔVbe＝（kT/q）・ln（ｎ） …（２） 但し、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ｑは電子
の電荷である。
の電荷である。
この電圧ΔVbeは絶対温度Ｔの影響を受けるが駆動電
圧VSには無関係であり基準電圧として機能し、抵抗R7に
印加されて直列回路SCに電流I5を流す。
圧VSには無関係であり基準電圧として機能し、抵抗R7に
印加されて直列回路SCに電流I5を流す。
従って、剪断形ゲージSGの電源端T5、T6の電圧VS′は
（２）式を用いて次式で表すことができる。
（２）式を用いて次式で表すことができる。
VS′＝（kT/q）・ln（ｎ）（Rl3 ＋R6＋R7＋R8＋Rl4）/R7 ＋Vbe …（３） 但し、VbeはトランジスタQ7のベース／エミッタ間の
電圧である。
電圧である。
ここで、ΔVbeは（２）式で示すように＋の温度係数
を持ち、トランジスタQ7の温度係数は−であり、抵抗
R6、R7、R8、とリード抵抗Rl3、Rl4の温度係数は＋2500
ppm/℃程度であるので、これらを組み合わせることによ
り＋2000ppm/℃の温度係数を作り、剪断形ゲージSGの−
2000ppm/℃の温度係数を補償することができる。
を持ち、トランジスタQ7の温度係数は−であり、抵抗
R6、R7、R8、とリード抵抗Rl3、Rl4の温度係数は＋2500
ppm/℃程度であるので、これらを組み合わせることによ
り＋2000ppm/℃の温度係数を作り、剪断形ゲージSGの−
2000ppm/℃の温度係数を補償することができる。
なお、第１図におけるトランジスタQ7の代わりにダイ
オードでも良く、また負の温度係数を持つセンサであっ
ても良い。
オードでも良く、また負の温度係数を持つセンサであっ
ても良い。
この場合に、（３）式から分かるように直列回路SCの
抵抗R6、R7、R8、とリード抵抗Rl3、Rl4はこれ等の比率
のみに関係するのでこれ等のバラッキの影響を受け難
く、従って第２項のバラツキ、つまりトランジスタQ7の
製造のバラツキに主として支配される。トランジスタQ7
はその両端の電圧0.6Vに対してほぼ±0.01V程度のバラ
ツキであり、VS′が2.5V程度であるので、（0.01/0.6）
/2.5＝0.6（％）程度のバラツキである。
抵抗R6、R7、R8、とリード抵抗Rl3、Rl4はこれ等の比率
のみに関係するのでこれ等のバラッキの影響を受け難
く、従って第２項のバラツキ、つまりトランジスタQ7の
製造のバラツキに主として支配される。トランジスタQ7
はその両端の電圧0.6Vに対してほぼ±0.01V程度のバラ
ツキであり、VS′が2.5V程度であるので、（0.01/0.6）
/2.5＝0.6（％）程度のバラツキである。
一方、剪断形ゲージSGのバラツキは±１％程度である
ので実質的にバラツキを調整する必要がない。
ので実質的にバラツキを調整する必要がない。
第２図は第１図に示す圧力検出装置10を駆動する場合
の使用状態を示すブロック図である。
の使用状態を示すブロック図である。
圧力検出装置10は外付抵抗r3、r4を介して電源＋VC、
−VCに接続するのみで動作をさせることができる。この
場合、電源＋VC、−VCは精密な定電圧源である必要はな
い。
−VCに接続するのみで動作をさせることができる。この
場合、電源＋VC、−VCは精密な定電圧源である必要はな
い。
＜発明の効果＞ 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明
は、電源端間に接続された基準電圧発生手段によりコレ
クタ電流比が一定になるように制御すると共に２個のト
ランジスタのベース／エミッタ間電圧の差として基準電
圧を発生させ、これを歪ゲージの温度による圧力信号の
変化を補償するように定数が実質的に選定された直列回
路の抵抗に印加し、これに流れる電流をベースとして歪
ゲージの電源端の電圧を制御するようにしたので、電源
電圧が変化しても圧力信号に変化を来たさないように制
御されると共に周囲温度の変化の影響をも受けないよう
にすることができる。さらに、温度補償のための回路を
バラツキなく形成することができ、温度補償のための調
整を実質的に無調整とすることが出来る。
は、電源端間に接続された基準電圧発生手段によりコレ
クタ電流比が一定になるように制御すると共に２個のト
ランジスタのベース／エミッタ間電圧の差として基準電
圧を発生させ、これを歪ゲージの温度による圧力信号の
変化を補償するように定数が実質的に選定された直列回
路の抵抗に印加し、これに流れる電流をベースとして歪
ゲージの電源端の電圧を制御するようにしたので、電源
電圧が変化しても圧力信号に変化を来たさないように制
御されると共に周囲温度の変化の影響をも受けないよう
にすることができる。さらに、温度補償のための回路を
バラツキなく形成することができ、温度補償のための調
整を実質的に無調整とすることが出来る。
第１図は本発明の１実施例の構成を示す回路図、第２図
は第１図に示す回路を動作させるための使用例を示す構
成図、第３図は従来の圧力検出装置の構成の概要を示す
構成図である。 10……圧力検出装置、BR……ブリッジ、ES……定電圧、
SC……直列回路、SG……剪断形ゲージ、V01、V02……圧
力信号、r3、r4……外付抵抗、Rl1〜Rl4……リード抵
抗、VS……駆動電圧、＋Ｖ、−Ｖ……電源。
は第１図に示す回路を動作させるための使用例を示す構
成図、第３図は従来の圧力検出装置の構成の概要を示す
構成図である。 10……圧力検出装置、BR……ブリッジ、ES……定電圧、
SC……直列回路、SG……剪断形ゲージ、V01、V02……圧
力信号、r3、r4……外付抵抗、Rl1〜Rl4……リード抵
抗、VS……駆動電圧、＋Ｖ、−Ｖ……電源。
Claims (1)
- 【請求項１】駆動電源が実質的に電源端に印加され測定
圧力に対応して出力端から圧力信号を出力する歪ゲージ
と、この電源端間に接続されコレクタ電流比が一定にな
るように制御されかつエミッタが共通に接続された２個
のトランジスタのベース／エミッタ間電圧の差として基
準電圧を発生させる基準電圧発生手段と、前記電源端間
に接続され負の温度係数を持つ素子と前記基準電圧が印
加された抵抗とが直列に接続された直列回路とを具備
し、前記歪ゲージの温度による圧力信号の変化を補償す
るように前記直列回路の定数を実質的に選定したことを
特徴とする圧力検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12813689A JP2639101B2 (ja) | 1989-05-22 | 1989-05-22 | 圧力検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12813689A JP2639101B2 (ja) | 1989-05-22 | 1989-05-22 | 圧力検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02307030A JPH02307030A (ja) | 1990-12-20 |
| JP2639101B2 true JP2639101B2 (ja) | 1997-08-06 |
Family
ID=14977296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12813689A Expired - Fee Related JP2639101B2 (ja) | 1989-05-22 | 1989-05-22 | 圧力検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2639101B2 (ja) |
-
1989
- 1989-05-22 JP JP12813689A patent/JP2639101B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02307030A (ja) | 1990-12-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |