JP2797880B2 - プロセス状態検出装置 - Google Patents
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—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
- 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
- G01L9/065—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 with temperature compensating means
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- G—PHYSICS
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/02—Arrangements for preventing, or for compensating for, effects of inclination or acceleration of the measuring device; Zero-setting means
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- G—PHYSICS
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- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/14—Housings
- G01L19/147—Details about the mounting of the sensor to support or covering means
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- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
- G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
- G01L9/0054—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はプロセスの物理状態を検
出するプロセス状態検出器に係り、特にプロセスの物理
状態を測定するセンサの経時変化を把握し、センサの寿
命を予測することができるプロセス状態検出器に関す
る。
出するプロセス状態検出器に係り、特にプロセスの物理
状態を測定するセンサの経時変化を把握し、センサの寿
命を予測することができるプロセス状態検出器に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来のプロセスの物理状態検出器はプロ
セス状態を精密に検出するために、半導体センサの基板
上にプロセスの特定の物理状態を測定する主センサ（例
えば差圧センサ）とその他の物理状態を測定する補償セ
ンサ（例えば、静圧，温度センサ）を設けて、実際のプ
ラントデータを検出する前に、主センサの出力特性と補
償センサの出力特性の関係を求めておき、実際のプロセ
スデータを測定した時に、主センサの出力を補償センサ
の出力で補正して、プロセスの物理状態を精密に検出す
るものであった。
セス状態を精密に検出するために、半導体センサの基板
上にプロセスの特定の物理状態を測定する主センサ（例
えば差圧センサ）とその他の物理状態を測定する補償セ
ンサ（例えば、静圧，温度センサ）を設けて、実際のプ
ラントデータを検出する前に、主センサの出力特性と補
償センサの出力特性の関係を求めておき、実際のプロセ
スデータを測定した時に、主センサの出力を補償センサ
の出力で補正して、プロセスの物理状態を精密に検出す
るものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】実際のプロセスの物理
状態の測定においては、検出装置は、プロセス処理を行
っているフィールドで使用されており、装置の半導体セ
ンサは変化の激しいプロセス状況で使用されるため、時
間経過と共にプロセスの物理状態を検出するそれぞれの
主センサおよび補償センサの特性に変化が起きてしまっ
ていたが、従来の装置ではこれらセンサの経時変化を解
出する手段を持っておらず、経時変化が起きてしまった
センサの出力でプロセス状態を求めてしまうことがあ
り、このため、センサから求めたプロセス状態と、実際
のプロセス状態が異なることに気がつかず、プロセス運
転に重大な支障を起こすことがあった。
状態の測定においては、検出装置は、プロセス処理を行
っているフィールドで使用されており、装置の半導体セ
ンサは変化の激しいプロセス状況で使用されるため、時
間経過と共にプロセスの物理状態を検出するそれぞれの
主センサおよび補償センサの特性に変化が起きてしまっ
ていたが、従来の装置ではこれらセンサの経時変化を解
出する手段を持っておらず、経時変化が起きてしまった
センサの出力でプロセス状態を求めてしまうことがあ
り、このため、センサから求めたプロセス状態と、実際
のプロセス状態が異なることに気がつかず、プロセス運
転に重大な支障を起こすことがあった。
【０００４】本発明は上記欠点を鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、プロセス状態を検出する
うえで問題となる、半導体センサの経時変化を検出する
プロセス状態検出装置を提供するものである。
で、その目的とするところは、プロセス状態を検出する
うえで問題となる、半導体センサの経時変化を検出する
プロセス状態検出装置を提供するものである。
【０００５】
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の特徴は、プロセスの物理状態に感応して抵抗
値が変化する複数の検出抵抗が形成された半導体センサ
を有するプロセス状態検出装置において、一定の抵抗値
を有する基準抵抗と、前記検出抵抗のうち少なくとも１
組の検出抵抗と前記基準抵抗によって第１のブリッジ回
路を形成する第１の選択手段と、当該第１の選択手段と
は異なる少なくとも１組の検出抵抗と前記基準抵抗によ
って第２のブリッジ回路を形成する第２の選択手段と、
を備えたことである。
の本発明の特徴は、プロセスの物理状態に感応して抵抗
値が変化する複数の検出抵抗が形成された半導体センサ
を有するプロセス状態検出装置において、一定の抵抗値
を有する基準抵抗と、前記検出抵抗のうち少なくとも１
組の検出抵抗と前記基準抵抗によって第１のブリッジ回
路を形成する第１の選択手段と、当該第１の選択手段と
は異なる少なくとも１組の検出抵抗と前記基準抵抗によ
って第２のブリッジ回路を形成する第２の選択手段と、
を備えたことである。
【０００７】
【０００８】
【作用】プロセスの物理状態を検出するために複数の検
出抵抗を有する半導体センサを備えたプロセス状態検出
装置においては、プロセスの状態変化を検出するため
に、それらの複数の検出抵抗の抵抗変化からその変化量
を求めている。
出抵抗を有する半導体センサを備えたプロセス状態検出
装置においては、プロセスの状態変化を検出するため
に、それらの複数の検出抵抗の抵抗変化からその変化量
を求めている。
【０００９】しかし、これらのセンサ抵抗に経時変化が
生じた場合、プロセス状態検出装置は、そのセンサ抵抗
の経時変化分をプロセス状態変化量として外部に出力し
てしまう。
生じた場合、プロセス状態検出装置は、そのセンサ抵抗
の経時変化分をプロセス状態変化量として外部に出力し
てしまう。
【００１０】本発明のプロセス状態検出装置において
は、半導体センサの複数の検出抵抗のうち、任意の１組
の検出抵抗（以下単に、第１の抵抗という）の抵抗値を
求め、また前述の第１の抵抗とは異なる任意の１組の検
出抵抗（以下単に、第２の抵抗という）の抵抗値を求め
これらの抵抗値を比較している。このため例えば第１，
第２の抵抗に経時変化が起きていると、これらの第１，
第２の抵抗値に違いが発生する。よってこれらの抵抗値
を比較することにより、第１，第２の抵抗の経時変化の
発生が検出可能になる。
は、半導体センサの複数の検出抵抗のうち、任意の１組
の検出抵抗（以下単に、第１の抵抗という）の抵抗値を
求め、また前述の第１の抵抗とは異なる任意の１組の検
出抵抗（以下単に、第２の抵抗という）の抵抗値を求め
これらの抵抗値を比較している。このため例えば第１，
第２の抵抗に経時変化が起きていると、これらの第１，
第２の抵抗値に違いが発生する。よってこれらの抵抗値
を比較することにより、第１，第２の抵抗の経時変化の
発生が検出可能になる。
【００１１】また、本発明の半導体センサ状態検出回路
においては、この回路中に基準抵抗を設け、この基準抵
抗がプロセスに感応する第１の抵抗、または第２の抵抗
に対して接続されるように配置したことにより、第１の
抵抗の抵抗値、又は第２の抵抗の抵抗値を簡単に得られ
るようにしたものである。
においては、この回路中に基準抵抗を設け、この基準抵
抗がプロセスに感応する第１の抵抗、または第２の抵抗
に対して接続されるように配置したことにより、第１の
抵抗の抵抗値、又は第２の抵抗の抵抗値を簡単に得られ
るようにしたものである。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図を用いて説明す
る。
る。
【００１３】図１は本発明の一実施例を示したプロセス
状態検出装置の信号処理を示した図であり、プロセスの
物理状態に感応する第１，第２の抵抗として、プロセス
の差圧に感応する半導体センサを備えた例を示してい
る。
状態検出装置の信号処理を示した図であり、プロセスの
物理状態に感応する第１，第２の抵抗として、プロセス
の差圧に感応する半導体センサを備えた例を示してい
る。
【００１４】プロセス流体の差圧は受圧部７０内に納め
られた半導体複合機能形センサ300に伝えられ、差圧に
応じて差圧センサ３１０の第１の抵抗、および第２の抵
抗の抵抗値が変化し、この変化を電気信号として検出し
て、Ａ／Ｄ変換回路３０５を通してマイクロプロセッサ
６１に取り込む。半導体複合機能形センサ３００には、
静圧センサ３２０と温度センサ３３０も形成されてお
り、静圧と温度の信号もＡ／Ｄ変換回路３０５を通して
マイクロプロセッサ６１に取り込まれる。それぞれの差
圧センサの温度，静圧に関する特性を示したデータは内
蔵されているPROM350 に格納されており、これらの情報
を用いてマイクロプロセッサ６１により差圧センサ３１
０からの信号を補正することによって、高精度で温度，
静圧特性の優れた差圧検出出力を求めることができる。
られた半導体複合機能形センサ300に伝えられ、差圧に
応じて差圧センサ３１０の第１の抵抗、および第２の抵
抗の抵抗値が変化し、この変化を電気信号として検出し
て、Ａ／Ｄ変換回路３０５を通してマイクロプロセッサ
６１に取り込む。半導体複合機能形センサ３００には、
静圧センサ３２０と温度センサ３３０も形成されてお
り、静圧と温度の信号もＡ／Ｄ変換回路３０５を通して
マイクロプロセッサ６１に取り込まれる。それぞれの差
圧センサの温度，静圧に関する特性を示したデータは内
蔵されているPROM350 に格納されており、これらの情報
を用いてマイクロプロセッサ６１により差圧センサ３１
０からの信号を補正することによって、高精度で温度，
静圧特性の優れた差圧検出出力を求めることができる。
【００１５】また、装置内に基準抵抗３４０を備え、マ
イクロプロセッサ６１からの信号により基準抵抗３４０
の信号がＡ／Ｄ変換回路３０５に入力するようになって
いる。これによりマイクロプロセッサ６１は、半導体複
合機能形センサ３００からの各出力を表す抵抗値と共
に、基準抵抗３４０の抵抗値を得ている。
イクロプロセッサ６１からの信号により基準抵抗３４０
の信号がＡ／Ｄ変換回路３０５に入力するようになって
いる。これによりマイクロプロセッサ６１は、半導体複
合機能形センサ３００からの各出力を表す抵抗値と共
に、基準抵抗３４０の抵抗値を得ている。
【００１６】そして、本実施例の装置では、複合機能形
センサ３００より求めたプロセス状態に関する情報を、
直流電流（例えばＤＣ４〜２０ｍＡ）に変換して増幅部
８０の近くに設けた表示部６５に送ること、直流電流に
情報のデジタル信号を重畳して送ること、さらに図では
示していないが増幅部６０から直接に信号を送ることに
より表示することが可能である。
センサ３００より求めたプロセス状態に関する情報を、
直流電流（例えばＤＣ４〜２０ｍＡ）に変換して増幅部
８０の近くに設けた表示部６５に送ること、直流電流に
情報のデジタル信号を重畳して送ること、さらに図では
示していないが増幅部６０から直接に信号を送ることに
より表示することが可能である。
【００１７】また、デジタルＩ／Ｏ回路６３により直流
電流信号にデジタル信号を重畳して、外部に設けられた
監視制御装置に通信を行い、この装置によりプロセス状
態に関する情報を表示し、そしてこの装置から測定レン
ジなどパラメータの設定，変更，出力調整，入出力モニ
タ，自己診断などを行うことができる。
電流信号にデジタル信号を重畳して、外部に設けられた
監視制御装置に通信を行い、この装置によりプロセス状
態に関する情報を表示し、そしてこの装置から測定レン
ジなどパラメータの設定，変更，出力調整，入出力モニ
タ，自己診断などを行うことができる。
【００１８】図２は本発明の一実施例に使用される複合
機能形差圧センサ部の半導体基板部分の平面図であり、
図３はこの基板上に設けられた各センサ抵抗と基準抵抗
の回路配線例を示したものである。
機能形差圧センサ部の半導体基板部分の平面図であり、
図３はこの基板上に設けられた各センサ抵抗と基準抵抗
の回路配線例を示したものである。
【００１９】複合機能形差圧センサチップ１は（１０
０）面のｎ形単結晶シリコンであり、その一方の面のほ
ぼ中央に、円形の薄肉部１１を有する。この基板上の薄
肉部１１に基板のそれぞれの面から第１のプロセス圧力
と第２のプロセス圧力を印加することにより、前記薄肉
部１１は差圧に感応する起歪体となり、差圧検出用の感
圧ダイアフラムとして動作する。差圧感圧ダイアフラム
１１の上面には(100）面におけるピエゾ抵抗係数が最大
となる〈１１０〉軸方向に、差圧センサであるＰ形抵抗
体（ゲージ抵抗）１１１〜１１４が第１の抵抗、および
第２の抵抗としてそれぞれ結晶軸に対して平行又は直角
方向に熱拡散法あるいはイオンプランティーション法に
より形成される。前記各抵抗体１１１〜１１４の配置位
置は、差圧印加時に差圧感圧ダイアフラム１１上に発生
する半径方向，同方向の歪が最大になる固定部近傍に配
置する。また、これらの抵抗の配置方向としては、１１
１と１１３を半径方向とし、１１２と１１４を接線方向
とし、それぞれの抵抗体の端部を検出端子に接続する。
０）面のｎ形単結晶シリコンであり、その一方の面のほ
ぼ中央に、円形の薄肉部１１を有する。この基板上の薄
肉部１１に基板のそれぞれの面から第１のプロセス圧力
と第２のプロセス圧力を印加することにより、前記薄肉
部１１は差圧に感応する起歪体となり、差圧検出用の感
圧ダイアフラムとして動作する。差圧感圧ダイアフラム
１１の上面には(100）面におけるピエゾ抵抗係数が最大
となる〈１１０〉軸方向に、差圧センサであるＰ形抵抗
体（ゲージ抵抗）１１１〜１１４が第１の抵抗、および
第２の抵抗としてそれぞれ結晶軸に対して平行又は直角
方向に熱拡散法あるいはイオンプランティーション法に
より形成される。前記各抵抗体１１１〜１１４の配置位
置は、差圧印加時に差圧感圧ダイアフラム１１上に発生
する半径方向，同方向の歪が最大になる固定部近傍に配
置する。また、これらの抵抗の配置方向としては、１１
１と１１３を半径方向とし、１１２と１１４を接線方向
とし、それぞれの抵抗体の端部を検出端子に接続する。
【００２０】また、差圧感圧ダイアフラム以外の厚肉部
には、静圧に感圧する抵抗体１５１〜１５４を形成し、
温度に感応する抵抗体１５５を形成して、これらの図３
に示すようなブリッジ回路に結線することにより精度の
高い差圧信号を得ることができる。差圧感圧ダイアフラ
ム１１の形状と肉厚は感応する差圧に応じて所望の形状
と肉厚に設定され、異方性ウェットエッチング、あるい
はドライエッチングによって形成される。
には、静圧に感圧する抵抗体１５１〜１５４を形成し、
温度に感応する抵抗体１５５を形成して、これらの図３
に示すようなブリッジ回路に結線することにより精度の
高い差圧信号を得ることができる。差圧感圧ダイアフラ
ム１１の形状と肉厚は感応する差圧に応じて所望の形状
と肉厚に設定され、異方性ウェットエッチング、あるい
はドライエッチングによって形成される。
【００２１】これにより差圧感圧ダイアフラム１１上の
抵抗体１１１〜１１４はダイアフラムに発生する歪を受
け、ピエゾ抵抗効果により抵抗が変化するため、図３に
示したような回路方式を採用すれば端子５０４〜５０７
からその変化を信号として取り出すことができる。
抵抗体１１１〜１１４はダイアフラムに発生する歪を受
け、ピエゾ抵抗効果により抵抗が変化するため、図３に
示したような回路方式を採用すれば端子５０４〜５０７
からその変化を信号として取り出すことができる。
【００２２】図３に差圧センサの抵抗と基準抵抗とを接
続する回路の一実施例を示し、図４に差圧センサを構成
する第１，第２の抵抗と基準抵抗とを接続するスイッチ
の接続状態を示す。
続する回路の一実施例を示し、図４に差圧センサを構成
する第１，第２の抵抗と基準抵抗とを接続するスイッチ
の接続状態を示す。
【００２３】基準抵抗３４０は差圧検出抵抗１１１〜１
１４に対してスイッチSWB125を介して並列に接続されて
いる。
１４に対してスイッチSWB125を介して並列に接続されて
いる。
【００２４】図４に示したスイッチモード１は通常の差
圧検出状態を示しており、スイッチSWH124，SWL123が閉
じられ、抵抗１１１〜１１４の差圧に感応したことによ
る抵抗値変化がブリッジ回路の出力電圧ＶΔP として端
子５５０，５５２により取り出される。
圧検出状態を示しており、スイッチSWH124，SWL123が閉
じられ、抵抗１１１〜１１４の差圧に感応したことによ
る抵抗値変化がブリッジ回路の出力電圧ＶΔP として端
子５５０，５５２により取り出される。
【００２５】また、スイッチモード２は、差圧を検出す
る第１の抵抗としての抵抗体１１１，１１２の抵抗状態
を求めるモードを示したものであり、スイッチSWB125が
閉じられた状態で、スイッチSWL123が開き、スイッチSW
H124が閉じられる。これにより、第１の抵抗と基準抵抗
が接続された場合の抵抗値が電圧Ｖ2 として端子554，
５５６より取り出される。
る第１の抵抗としての抵抗体１１１，１１２の抵抗状態
を求めるモードを示したものであり、スイッチSWB125が
閉じられた状態で、スイッチSWL123が開き、スイッチSW
H124が閉じられる。これにより、第１の抵抗と基準抵抗
が接続された場合の抵抗値が電圧Ｖ2 として端子554，
５５６より取り出される。
【００２６】そしてスイッチモード３においては、差圧
を検出する第２の抵抗としての抵抗体１１３，１１４の
抵抗状態を求めるモードを示したものであり、スイッチ
SWB125が閉じられた状態で、スイッチSWL123が閉じら
れ、スイッチSWH124は開かれている。これにより第２の
抵抗と基準抵抗が接続された場合の抵抗値が電圧Ｖ1 と
して端子５５８，５６０より取り出される。
を検出する第２の抵抗としての抵抗体１１３，１１４の
抵抗状態を求めるモードを示したものであり、スイッチ
SWB125が閉じられた状態で、スイッチSWL123が閉じら
れ、スイッチSWH124は開かれている。これにより第２の
抵抗と基準抵抗が接続された場合の抵抗値が電圧Ｖ1 と
して端子５５８，５６０より取り出される。
【００２７】従って基準抵抗として共通の抵抗を使用し
ているため、第１の抵抗の変化分と、第２の抵抗の変化
分を求めることが可能となる。
ているため、第１の抵抗の変化分と、第２の抵抗の変化
分を求めることが可能となる。
【００２８】図５は本発明の一実施例の図３に示した回
路を備えたプロセス状態検出装置において、センサ抵抗
１１１〜１１４が正常な場合（経時変化が発生していな
い場合）のその半導体センサ１が置かれた環境（静圧
Ｐ，差圧ΔＰ，温度Ｔ）を変えた場合の、第１の抵抗と
基準抵抗を組み合わせた時の抵抗値を示す電圧値Ｖ
1 と、第２の抵抗と基準抵抗を組み合わせた時の電圧値
Ｖ2 について、これらの値から求めた電圧値Ｖ1＋Ｖ2の
値の変化を示したものであり、その値は環境の変化に関
わらずほぼ一定の値を取ることを示している。
路を備えたプロセス状態検出装置において、センサ抵抗
１１１〜１１４が正常な場合（経時変化が発生していな
い場合）のその半導体センサ１が置かれた環境（静圧
Ｐ，差圧ΔＰ，温度Ｔ）を変えた場合の、第１の抵抗と
基準抵抗を組み合わせた時の抵抗値を示す電圧値Ｖ
1 と、第２の抵抗と基準抵抗を組み合わせた時の電圧値
Ｖ2 について、これらの値から求めた電圧値Ｖ1＋Ｖ2の
値の変化を示したものであり、その値は環境の変化に関
わらずほぼ一定の値を取ることを示している。
【００２９】このように一定の値を示す理由としては、
図２の半導体センサ基準の平面図で示したように、第１
の抵抗を構成する抵抗体１１１，１１２と第２の抵抗を
構成する抵抗体１１３，１１４が単一の差圧測定ダイア
フラム１１上に形成され、そして抵抗体１１１と抵抗体
１１３をダイアフラム上に差圧，静圧，温度に対して同
じ変化状況を示すように配置し、抵抗体１１２と抵抗体
１１４についても同様に配置したことにより、周囲の環
境変化（差圧，静圧，温度変化）に対して、第１，第２
の抵抗が均等の抵抗値変化を起こすためである。
図２の半導体センサ基準の平面図で示したように、第１
の抵抗を構成する抵抗体１１１，１１２と第２の抵抗を
構成する抵抗体１１３，１１４が単一の差圧測定ダイア
フラム１１上に形成され、そして抵抗体１１１と抵抗体
１１３をダイアフラム上に差圧，静圧，温度に対して同
じ変化状況を示すように配置し、抵抗体１１２と抵抗体
１１４についても同様に配置したことにより、周囲の環
境変化（差圧，静圧，温度変化）に対して、第１，第２
の抵抗が均等の抵抗値変化を起こすためである。
【００３０】このため、ダイアフラム１１に加わる差圧
状態が変化した場合、図３に示したブリッジ回路におい
て、抵抗体１１１，１１３は抵抗値が増加し、抵抗体１
１２，１１４の抵抗値に減少する。また、別な差圧状態
の変化においては、抵抗体１１１，１１３の値は減少
し、抵抗体１１２，１１４の値は増加するようになる。
よって、基準抵抗３４０を第１の抵抗と組み合わせるこ
とにより、第１の抵抗の増加分（又は減少分）を示す電
圧値Ｖ1 を検出し、かつ同様に第２の抵抗の減少分（又
は増加分）を示す電圧値Ｖ2 を検出した場合、これらの
値から電圧値Ｖ1＋Ｖ2を求めると互いの抵抗値の増加分
（減少分）を相殺するようになり、その値は一定値を示
す。
状態が変化した場合、図３に示したブリッジ回路におい
て、抵抗体１１１，１１３は抵抗値が増加し、抵抗体１
１２，１１４の抵抗値に減少する。また、別な差圧状態
の変化においては、抵抗体１１１，１１３の値は減少
し、抵抗体１１２，１１４の値は増加するようになる。
よって、基準抵抗３４０を第１の抵抗と組み合わせるこ
とにより、第１の抵抗の増加分（又は減少分）を示す電
圧値Ｖ1 を検出し、かつ同様に第２の抵抗の減少分（又
は増加分）を示す電圧値Ｖ2 を検出した場合、これらの
値から電圧値Ｖ1＋Ｖ2を求めると互いの抵抗値の増加分
（減少分）を相殺するようになり、その値は一定値を示
す。
【００３１】従って、第１の抵抗又は第２の抵抗に経時
変化が発生した場合には、求めた電圧値Ｖ1＋Ｖ2に変化
が発生する。この変化を自動的に検出するため本発明の
一実施例のプロセス状態検出装置では、前もって経時変
化が発生していない状態におけるこの電圧値Ｖ1＋Ｖ2の
基準値を収集してPROM350 に記憶させ、又はマイクロプ
ロセッサ６１にその値を指定することにより、特定の時
間間隔で、又は任意の条件でマイクロプロセッサ６１
が、基準値に対してその時の電圧値Ｖ1＋Ｖ2の値がどの
程度変化しているかを判断することにより、半導体セン
サ１に経時変化が発生していることが検出可能となる。
変化が発生した場合には、求めた電圧値Ｖ1＋Ｖ2に変化
が発生する。この変化を自動的に検出するため本発明の
一実施例のプロセス状態検出装置では、前もって経時変
化が発生していない状態におけるこの電圧値Ｖ1＋Ｖ2の
基準値を収集してPROM350 に記憶させ、又はマイクロプ
ロセッサ６１にその値を指定することにより、特定の時
間間隔で、又は任意の条件でマイクロプロセッサ６１
が、基準値に対してその時の電圧値Ｖ1＋Ｖ2の値がどの
程度変化しているかを判断することにより、半導体セン
サ１に経時変化が発生していることが検出可能となる。
【００３２】図６は本発明の一実施例の図３に示した回
路を備えたプロセス状態検出装置において、センサ抵抗
１１１〜１１４が正常な場合（経時変化が発生していな
い場合）のその半導体センサ１が置かれた環境を静圧を
一定として、差圧，温度状況を変えた場合の、第１の抵
抗と基準抵抗を組み合わせた時の抵抗値を示す電圧値Ｖ
1 と、第２の抵抗と基準抵抗を組み合わせた時の電圧値
Ｖ2 について、これらの値から求めた電圧値Ｖ1−Ｖ2の
値の変化を示したものであり、その値は温度変化，差圧
の状態によりかなり異なってくる。
路を備えたプロセス状態検出装置において、センサ抵抗
１１１〜１１４が正常な場合（経時変化が発生していな
い場合）のその半導体センサ１が置かれた環境を静圧を
一定として、差圧，温度状況を変えた場合の、第１の抵
抗と基準抵抗を組み合わせた時の抵抗値を示す電圧値Ｖ
1 と、第２の抵抗と基準抵抗を組み合わせた時の電圧値
Ｖ2 について、これらの値から求めた電圧値Ｖ1−Ｖ2の
値の変化を示したものであり、その値は温度変化，差圧
の状態によりかなり異なってくる。
【００３３】しかし、第１の抵抗および第２の抵抗に経
時変化が発生していない場合、電圧値Ｖ1−Ｖ2の値とし
ては規定された値を出力し、経時変化が発生した時、そ
の値は規定値と異なってくる。
時変化が発生していない場合、電圧値Ｖ1−Ｖ2の値とし
ては規定された値を出力し、経時変化が発生した時、そ
の値は規定値と異なってくる。
【００３４】従って、前もって経時変化が発生していな
い状態において、差圧，静圧，温度がそれぞれ変化した
状況におけるこの電圧値Ｖ1−Ｖ2の基準値（以下、デー
タマップと言う）を収集してPROM350 に記憶させること
により、特定の時間間隔で、又は任意の条件でマイクロ
プロセッサ６１が、測定した電圧値Ｖ1−Ｖ2の値が、デ
ータマップのその差圧，静圧，温度状況における基準値
とどの程度変化しているかを判断することにより、半導
体センサ１に経時変化が発生していることが検出可能と
なる。
い状態において、差圧，静圧，温度がそれぞれ変化した
状況におけるこの電圧値Ｖ1−Ｖ2の基準値（以下、デー
タマップと言う）を収集してPROM350 に記憶させること
により、特定の時間間隔で、又は任意の条件でマイクロ
プロセッサ６１が、測定した電圧値Ｖ1−Ｖ2の値が、デ
ータマップのその差圧，静圧，温度状況における基準値
とどの程度変化しているかを判断することにより、半導
体センサ１に経時変化が発生していることが検出可能と
なる。
【００３５】図７に本発明の一実施例であるプロセス状
態検出器において、半導体複合機能形センサ３００に設
けられた、第１の抵抗と第２の抵抗を有する差圧センサ
３１０から求めた第１の抵抗の抵抗値を示す電圧Ｖ１
と、第２の抵抗の抵抗値を示す電圧Ｖ2 とから求めた電
圧値Ｖ1−Ｖ2の差圧、そして温度，静圧特性も含めた基
準データ（以下データマップと言う。）の作成方法を説
明する。
態検出器において、半導体複合機能形センサ３００に設
けられた、第１の抵抗と第２の抵抗を有する差圧センサ
３１０から求めた第１の抵抗の抵抗値を示す電圧Ｖ１
と、第２の抵抗の抵抗値を示す電圧Ｖ2 とから求めた電
圧値Ｖ1−Ｖ2の差圧、そして温度，静圧特性も含めた基
準データ（以下データマップと言う。）の作成方法を説
明する。
【００３６】半導体複合機能形センサ３００を実際にフ
ィールド使用する前に、このセンサを温度，静圧，差圧
を適当に変えられる環境下において、差圧センサ３１
０，静圧センサ３２０，温度センサ３３０を含む半導体
複合センサ３００を温度を−40〜１２０℃と変化させな
がら、さらに、静圧を０〜１５０kg／cm2 、差圧を±１
０００００mmＨ2Ｏ の範囲で変化させながら、Ａ／Ｄ変
換器３０５を介して、第１の抵抗の抵抗値を示す電圧値
Ｖ1 を計測し、さらに、第２の抵抗から電圧値Ｖ2 を計
測し、これから電圧値Ｖ1−Ｖ2の情報を製造ラインコン
ピュータ４１に収納する。
ィールド使用する前に、このセンサを温度，静圧，差圧
を適当に変えられる環境下において、差圧センサ３１
０，静圧センサ３２０，温度センサ３３０を含む半導体
複合センサ３００を温度を−40〜１２０℃と変化させな
がら、さらに、静圧を０〜１５０kg／cm2 、差圧を±１
０００００mmＨ2Ｏ の範囲で変化させながら、Ａ／Ｄ変
換器３０５を介して、第１の抵抗の抵抗値を示す電圧値
Ｖ1 を計測し、さらに、第２の抵抗から電圧値Ｖ2 を計
測し、これから電圧値Ｖ1−Ｖ2の情報を製造ラインコン
ピュータ４１に収納する。
【００３７】製造ラインコンピュータ４１では、この収
納した情報から、第一の差圧センサ３１０の出力データ
を基に第一のデータマップ３７０を作成し、PROM350 に
書き込む。
納した情報から、第一の差圧センサ３１０の出力データ
を基に第一のデータマップ３７０を作成し、PROM350 に
書き込む。
【００３８】PROM350 に収められたデータマップ３７
０、図５に示したように、センサ310が置かれた環境の
差圧，温度，静圧状態毎に補正された電圧値Ｖ1−Ｖ2が
収められている。
０、図５に示したように、センサ310が置かれた環境の
差圧，温度，静圧状態毎に補正された電圧値Ｖ1−Ｖ2が
収められている。
【００３９】図８に図７に示したデータマップ作成の詳
細な処理手順をフローチャートを用いて説明する。
細な処理手順をフローチャートを用いて説明する。
【００４０】半導体複合機能形センサ３００を、温度，
静圧，差圧の状態を変えることができる環境下におく
（ステップ２０００）。
静圧，差圧の状態を変えることができる環境下におく
（ステップ２０００）。
【００４１】この環境の温度を−４０℃から＋１２０℃
まで所定の温度毎に上げる（ステップ２００１）。
まで所定の温度毎に上げる（ステップ２００１）。
【００４２】この環境の温度を０kg／cm2から１５０kg
／cm2までの所定の静圧毎に上げる（ステップ２００
２）。
／cm2までの所定の静圧毎に上げる（ステップ２００
２）。
【００４３】環境の差圧を−１０００mmＨ2Ｏから＋１
０００mmＨ2Ｏまで所定の差圧毎に上げる（ステップ２
００３）。
０００mmＨ2Ｏまで所定の差圧毎に上げる（ステップ２
００３）。
【００４４】温度センサの出力を検出する（ステップ２
００４）。
００４）。
【００４５】静圧センサの出力を検出する（ステップ２
００５）。
００５）。
【００４６】差圧センサの出力を検出する（ステップ２
００６）。
００６）。
【００４７】第１の抵抗の抵抗値を示す電圧Ｖ1 を検出
する（ステップ２００７）。
する（ステップ２００７）。
【００４８】第２の抵抗と基準抵抗とを組み合わせてそ
の抵抗値を示す電圧Ｖ2 を検出する（ステップ２００
８）。
の抵抗値を示す電圧Ｖ2 を検出する（ステップ２００
８）。
【００４９】電圧値Ｖ1−Ｖ2を求める（ステップ２００
９）。
９）。
【００５０】環境の温度，静圧，差圧の情報および温度
センサ，静圧センサ，差圧センサの出力値、および電圧
Ｖ1 ，電圧Ｖ2 ，電圧Ｖ1−Ｖ を製造ラインコンピュー
タに入力する（ステップ２００８）。
センサ，静圧センサ，差圧センサの出力値、および電圧
Ｖ1 ，電圧Ｖ2 ，電圧Ｖ1−Ｖ を製造ラインコンピュー
タに入力する（ステップ２００８）。
【００５１】温度センサ，静圧センサ，差圧センサの出
力からのデータマップを算出する（ステップ２００
９）。
力からのデータマップを算出する（ステップ２００
９）。
【００５２】ＰＲＯＭにデータマップを記憶（ステップ
２０１０）。
２０１０）。
【００５３】温度センサ，静圧センサ，差圧センサの出
力からデータマップを算出する（ステップ２０１１）。
力からデータマップを算出する（ステップ２０１１）。
【００５４】ＰＲＯＭにデータマップを記憶（ステップ
２０１２）。
２０１２）。
【００５５】以上のデータマップの作成により、フィー
ルドにおいて実際に使用された時にプロセス状態を検出
している時においても差圧センサ３１０に発生した経時
変化を正確に検出することが可能になる。
ルドにおいて実際に使用された時にプロセス状態を検出
している時においても差圧センサ３１０に発生した経時
変化を正確に検出することが可能になる。
【００５６】さらに、図５に示したようにプロセス状態
に対してセンサの第１，第２の抵抗がほぼ等しく抵抗値
変化を起こす場合は、電圧値Ｖ1＋Ｖ2は環境の変化に対
して一定になるが、第１，第２の抵抗がプロセス状態に
対して異なる抵抗値変化を取る場合、例えばダイアフラ
ム上に同一の変化を示す場所に配置されていない時な
ど、電圧値Ｖ1＋Ｖ2の値は、差圧，静圧，温度の変化に
対してそれぞれ異なる値となる、このような場合でも、
上述したように基準値としてデータマップを使用するこ
とにより、環境の変化により変わる電圧値Ｖ1＋Ｖ2を使
用しても、経時変化の判定が可能になる。
に対してセンサの第１，第２の抵抗がほぼ等しく抵抗値
変化を起こす場合は、電圧値Ｖ1＋Ｖ2は環境の変化に対
して一定になるが、第１，第２の抵抗がプロセス状態に
対して異なる抵抗値変化を取る場合、例えばダイアフラ
ム上に同一の変化を示す場所に配置されていない時な
ど、電圧値Ｖ1＋Ｖ2の値は、差圧，静圧，温度の変化に
対してそれぞれ異なる値となる、このような場合でも、
上述したように基準値としてデータマップを使用するこ
とにより、環境の変化により変わる電圧値Ｖ1＋Ｖ2を使
用しても、経時変化の判定が可能になる。
【００５７】本発明の一実施例におけるプロセス状態検
出装置において、差圧検出センサ３１０の第１の抵抗か
ら求めた電圧値Ｖ1 と、第２の抵抗から求めた電圧値Ｖ
2とを求め、これから電圧値Ｖ1＋Ｖ2と、電圧値Ｖ−Ｖ
2 を記憶装置のE2PROM62に経時的に格納しており、この
E2PROM62内の出力データ状態を図９を用いて説明する。
出装置において、差圧検出センサ３１０の第１の抵抗か
ら求めた電圧値Ｖ1 と、第２の抵抗から求めた電圧値Ｖ
2とを求め、これから電圧値Ｖ1＋Ｖ2と、電圧値Ｖ−Ｖ
2 を記憶装置のE2PROM62に経時的に格納しており、この
E2PROM62内の出力データ状態を図９を用いて説明する。
【００５８】E2PROM62内には差圧検出センサ３１０の第
１の抵抗から求めた電圧値Ｖ1 と、第２の抵抗から求め
た電圧値Ｖ2 とから、本発明のプロセス状態検出装置が
求めた電圧値Ｖ1＋Ｖ2と電圧値Ｖ1−Ｖ2の基準値との差
とが経時的に収められており、電圧値Ｖ1＋Ｖ2、および
電圧値Ｖ1−Ｖ2とも時間Ｔ4 で変化が生じて、時間Ｔ5
でその変化分が拡大する傾向を示している。従って複合
機能形電圧センサ３００には何らかの要因により経時変
化が発生しているものと推定することができ、プロセス
状態検出装置には保守が必要だということを示してい
る。この経時変化の発生を判断するためにはプロセスさ
れたマイクロプロセッサ６１が電圧値Ｖ1＋Ｖ2に対して
はその値、電圧値Ｖ1−Ｖ2に対しては基準値との差の変
化を判断することにより、さらには、PROM350 またはマ
イクロプロセッサ６１に電圧値Ｖ1−Ｖ2の変化許容範囲
３８０、または電圧値Ｖ1＋Ｖ2の基準値との差の変化許
容範囲３８２を設定することによりマイクロプロセッサ
６１が時間毎の電圧値Ｖ1＋Ｖ2，電圧値Ｖ1−Ｖ2が許容
範囲を越えているが判断可能となる。
１の抵抗から求めた電圧値Ｖ1 と、第２の抵抗から求め
た電圧値Ｖ2 とから、本発明のプロセス状態検出装置が
求めた電圧値Ｖ1＋Ｖ2と電圧値Ｖ1−Ｖ2の基準値との差
とが経時的に収められており、電圧値Ｖ1＋Ｖ2、および
電圧値Ｖ1−Ｖ2とも時間Ｔ4 で変化が生じて、時間Ｔ5
でその変化分が拡大する傾向を示している。従って複合
機能形電圧センサ３００には何らかの要因により経時変
化が発生しているものと推定することができ、プロセス
状態検出装置には保守が必要だということを示してい
る。この経時変化の発生を判断するためにはプロセスさ
れたマイクロプロセッサ６１が電圧値Ｖ1＋Ｖ2に対して
はその値、電圧値Ｖ1−Ｖ2に対しては基準値との差の変
化を判断することにより、さらには、PROM350 またはマ
イクロプロセッサ６１に電圧値Ｖ1−Ｖ2の変化許容範囲
３８０、または電圧値Ｖ1＋Ｖ2の基準値との差の変化許
容範囲３８２を設定することによりマイクロプロセッサ
６１が時間毎の電圧値Ｖ1＋Ｖ2，電圧値Ｖ1−Ｖ2が許容
範囲を越えているが判断可能となる。
【００５９】また、実施例では記憶装置にそれぞれの出
力データを収めた例を示したが、この出力データを表示
装置６５に表示し、更にはデジタルＩ／Ｏ６３を用い
て、出力データをデジタル信号に変換し、このデジタル
信号を直流信号に重畳して、又はデジタル信号と外部の
装置に出力することが可能であり、更にはこのデータを
基に外部の装置が複合機能形差圧センサ３００に経時変
化が発生していると判断可能となる。
力データを収めた例を示したが、この出力データを表示
装置６５に表示し、更にはデジタルＩ／Ｏ６３を用い
て、出力データをデジタル信号に変換し、このデジタル
信号を直流信号に重畳して、又はデジタル信号と外部の
装置に出力することが可能であり、更にはこのデータを
基に外部の装置が複合機能形差圧センサ３００に経時変
化が発生していると判断可能となる。
【００６０】また、送るデータもそれぞれの出力データ
でなく、複合機能形差圧センサに経時変化が発生してい
るか否かの状態信号を送ることも可能である。
でなく、複合機能形差圧センサに経時変化が発生してい
るか否かの状態信号を送ることも可能である。
【００６１】図１０は本発明のプロセス状態検出装置で
使用される複合機能形センサを実装した支持体の一実施
例を示している。
使用される複合機能形センサを実装した支持体の一実施
例を示している。
【００６２】複合機能形差圧センサチップ１は中空の固
定台２を介してハウジング４に取り付けられる。固定台
２は複合機能形差圧センサチップ１のハウジング４との
電気絶縁およびハウジング４との線膨張係数の相違によ
る熱歪の低減を考慮して、前記シリコンと線膨張係数の
近似したセラミックス（例えばＳｉＣ）が望ましいが、
入手不可能の場合はその材料選択時に前記シリコンとの
線膨張係数との相違を無視してもよい。固定台２のセン
サチップ１との接合面側には接合層２０を有する。２の
接合層は固定台２の接合表面を低融点ガラス等の酸化物
ソルダーでグレイズ化して形成するか、あるいは金属ソ
ルダー、あるいはＡｕ−Ｓｉ合金層又はＡｕの薄膜をス
パッタ法、あるいは蒸着法により形成することができ
る。または、有機質あるいは無機質のバインダーでも形
成できる。かかる接合層２０を固定台２のセンサチップ
１の接合面側に設けることにより、センサチップ１を、
低温で容易に接合できる。またその接合層は薄いので接
合歪の影響を極力低減できる。
定台２を介してハウジング４に取り付けられる。固定台
２は複合機能形差圧センサチップ１のハウジング４との
電気絶縁およびハウジング４との線膨張係数の相違によ
る熱歪の低減を考慮して、前記シリコンと線膨張係数の
近似したセラミックス（例えばＳｉＣ）が望ましいが、
入手不可能の場合はその材料選択時に前記シリコンとの
線膨張係数との相違を無視してもよい。固定台２のセン
サチップ１との接合面側には接合層２０を有する。２の
接合層は固定台２の接合表面を低融点ガラス等の酸化物
ソルダーでグレイズ化して形成するか、あるいは金属ソ
ルダー、あるいはＡｕ−Ｓｉ合金層又はＡｕの薄膜をス
パッタ法、あるいは蒸着法により形成することができ
る。または、有機質あるいは無機質のバインダーでも形
成できる。かかる接合層２０を固定台２のセンサチップ
１の接合面側に設けることにより、センサチップ１を、
低温で容易に接合できる。またその接合層は薄いので接
合歪の影響を極力低減できる。
【００６３】複合機能形差圧センサチップ１からの差
圧，静圧，温度の各信号はリード線１７および配線板５
を介して、ハウジング４に設けられたハーメチックシー
ル部４１の端子４２により外部にそれぞれ取り出され
る。
圧，静圧，温度の各信号はリード線１７および配線板５
を介して、ハウジング４に設けられたハーメチックシー
ル部４１の端子４２により外部にそれぞれ取り出され
る。
【００６４】ところで、差圧感圧ダイアフラム１１上の
抵抗体１１１〜１１４はダイアフラムの上面と凹部１３
の差圧により発生する歪を受け、ピエゾ抵抗効果により
抵抗が変化するため、図３に示したような回路方式を採
用すれば端子５０４〜５０７からその信号を取り出すこ
とができる。しかし、これらの抵抗体１１１〜１１４は
差圧感圧ダイアフラム１１の両面にかかる圧力が等しい
とき（静圧状態）、または温度が変化したときにも感応
してしまい、出力が変化する。前者の出力変化を静圧に
よるゼロ点変化と呼び、後者の出力変化を温度変化によ
るゼロ点変化と呼んでいる。温度変化時のゼロ点変化は
主に抵抗体１１１〜１１４の各抵抗値のバラツキと、抵
抗体の抵抗値は温度の関数となっているためである。し
たがって、温度センサの出力と差圧センサの出力との関
係は明確に関係づけられるので補償も容易である。静圧
印加時のゼロ点変化は、主に、静圧印加時に発生する固
定台２やハウジング４などのセンサチップ１以外の構成
体より生じる歪によって生じる。このゼロ点変化も、温
度変化時のゼロ点変化と同様に、静圧印加時の差圧セン
サのゼロ点変化と静圧センサの出力との関係を情報とし
て前もって収集しておけば、この情報に基づいて補償で
きる。また、静圧印加時には前述のゼロ点変化以外に、
その差圧感度も変化する。この変化をスパン変化と呼ん
でいる。この原因として、通常センサチップ１は図２に
示すように、センサチップ１の厚肉部１２を有し、この
厚肉部１２を介して固定台２等に固着され、かつハウジ
ング４に取り付けられている。このとき、この厚肉部１
２には静圧印加時に、厚肉部の外径，内径の相違による
歪が発生する。この歪は前記差圧感圧ダイアフラム１１
に伝搬するので、差圧抵抗体１１１〜１１４の抵抗値を
変化させる。また、この歪は差圧測定時に感圧ダイアフ
ラム１１に発生する最大歪の５％〜５０％にも達する。
かかる高歪の状態において、差圧感圧ダイアフラム１１
の両面に差圧が発生すると、差圧感圧ダイアフラム１１
は差圧に感応して変形し、差圧抵抗体111〜１１４には
大きな抵抗変化が発生する。このときの変形過程におい
て、前記の均一な大きな静圧歪が付加されるので、差圧
感圧ダイアフラムの歪分布は大気圧下（静圧＝０）での
歪分布とは異なる。すなわち、大気圧下での差圧センサ
の出力と静圧下での差圧センサの出力は相違してしま
う。この出力変化(スパン変化)は前述の如く、センサチ
ップ１の単独状態でも生じるものと推定される。一方、
前述のゼロ点変化は均一な歪分布であるので発生しない
ものと推定される。また、センサチップ１の実装上はこ
の図に示すように、必ず固定台２等の付加物を具備させ
る必要あり、これらの付加物による静圧印加時の歪の影
響を受けるのでスパン変化はさらに大きくなる。
抵抗体１１１〜１１４はダイアフラムの上面と凹部１３
の差圧により発生する歪を受け、ピエゾ抵抗効果により
抵抗が変化するため、図３に示したような回路方式を採
用すれば端子５０４〜５０７からその信号を取り出すこ
とができる。しかし、これらの抵抗体１１１〜１１４は
差圧感圧ダイアフラム１１の両面にかかる圧力が等しい
とき（静圧状態）、または温度が変化したときにも感応
してしまい、出力が変化する。前者の出力変化を静圧に
よるゼロ点変化と呼び、後者の出力変化を温度変化によ
るゼロ点変化と呼んでいる。温度変化時のゼロ点変化は
主に抵抗体１１１〜１１４の各抵抗値のバラツキと、抵
抗体の抵抗値は温度の関数となっているためである。し
たがって、温度センサの出力と差圧センサの出力との関
係は明確に関係づけられるので補償も容易である。静圧
印加時のゼロ点変化は、主に、静圧印加時に発生する固
定台２やハウジング４などのセンサチップ１以外の構成
体より生じる歪によって生じる。このゼロ点変化も、温
度変化時のゼロ点変化と同様に、静圧印加時の差圧セン
サのゼロ点変化と静圧センサの出力との関係を情報とし
て前もって収集しておけば、この情報に基づいて補償で
きる。また、静圧印加時には前述のゼロ点変化以外に、
その差圧感度も変化する。この変化をスパン変化と呼ん
でいる。この原因として、通常センサチップ１は図２に
示すように、センサチップ１の厚肉部１２を有し、この
厚肉部１２を介して固定台２等に固着され、かつハウジ
ング４に取り付けられている。このとき、この厚肉部１
２には静圧印加時に、厚肉部の外径，内径の相違による
歪が発生する。この歪は前記差圧感圧ダイアフラム１１
に伝搬するので、差圧抵抗体１１１〜１１４の抵抗値を
変化させる。また、この歪は差圧測定時に感圧ダイアフ
ラム１１に発生する最大歪の５％〜５０％にも達する。
かかる高歪の状態において、差圧感圧ダイアフラム１１
の両面に差圧が発生すると、差圧感圧ダイアフラム１１
は差圧に感応して変形し、差圧抵抗体111〜１１４には
大きな抵抗変化が発生する。このときの変形過程におい
て、前記の均一な大きな静圧歪が付加されるので、差圧
感圧ダイアフラムの歪分布は大気圧下（静圧＝０）での
歪分布とは異なる。すなわち、大気圧下での差圧センサ
の出力と静圧下での差圧センサの出力は相違してしま
う。この出力変化(スパン変化)は前述の如く、センサチ
ップ１の単独状態でも生じるものと推定される。一方、
前述のゼロ点変化は均一な歪分布であるので発生しない
ものと推定される。また、センサチップ１の実装上はこ
の図に示すように、必ず固定台２等の付加物を具備させ
る必要あり、これらの付加物による静圧印加時の歪の影
響を受けるのでスパン変化はさらに大きくなる。
【００６５】上述した複合機能形センサの主歪センサで
ある差圧センサのゼロ点変化，スパン変化は差圧計測上
大きな問題であり、特にスパン変化に関しては重要な問
題である。何故ならスパン変化は差圧計測上の精度に最
も関連しており、プラントの制御精度を左右してしま
う。また、感度を高めるため差圧感圧ダイアフラム１１
をより薄肉化した場合、反面スパン変化が大きくなるた
め、差圧感度を容易に精密には向上させることはできな
い。
ある差圧センサのゼロ点変化，スパン変化は差圧計測上
大きな問題であり、特にスパン変化に関しては重要な問
題である。何故ならスパン変化は差圧計測上の精度に最
も関連しており、プラントの制御精度を左右してしま
う。また、感度を高めるため差圧感圧ダイアフラム１１
をより薄肉化した場合、反面スパン変化が大きくなるた
め、差圧感度を容易に精密には向上させることはできな
い。
【００６６】これらの問題を解決するため、一般的に
は、静圧を感知する静圧センサを補助センサとして同チ
ップ上に具備させ、この信号を利用して差圧センサのゼ
ロ点変化，スパン変化を積極的に補償する方法を採用し
ている。特に、静圧信号を得るために、固定台２との縦
弾性係数の差を利用している複合機能形センサでは、静
圧信号を得るためにその厚肉部１２に過大な曲げ歪を発
生させる。この曲げ歪は差圧感圧ダイアフラム１１に伝
搬し、差圧センサの出力に大きく干渉する。このため、
精度が高く、かつゼロ点変化の小さい差圧センサを得る
ためには、各温度，各静圧，各差圧点での差圧センサの
入出力関係を明確にする必要がある。この入出力関係を
確定するための情報量は非常に膨大であるため、回りに
示した経時変化発生の基準データマップの作成方法と同
様にして、温度，静圧を変化させた場合の、差圧センサ
の入出力特性の基準データマップを作成して、PROM350
内に備えている。
は、静圧を感知する静圧センサを補助センサとして同チ
ップ上に具備させ、この信号を利用して差圧センサのゼ
ロ点変化，スパン変化を積極的に補償する方法を採用し
ている。特に、静圧信号を得るために、固定台２との縦
弾性係数の差を利用している複合機能形センサでは、静
圧信号を得るためにその厚肉部１２に過大な曲げ歪を発
生させる。この曲げ歪は差圧感圧ダイアフラム１１に伝
搬し、差圧センサの出力に大きく干渉する。このため、
精度が高く、かつゼロ点変化の小さい差圧センサを得る
ためには、各温度，各静圧，各差圧点での差圧センサの
入出力関係を明確にする必要がある。この入出力関係を
確定するための情報量は非常に膨大であるため、回りに
示した経時変化発生の基準データマップの作成方法と同
様にして、温度，静圧を変化させた場合の、差圧センサ
の入出力特性の基準データマップを作成して、PROM350
内に備えている。
【００６７】図１１に本発明のプロセス状態検出器を、
プロセス状態を監視，制御する上位機器に接続した場合
のプロセス制御システムの一実施例を示す。
プロセス状態を監視，制御する上位機器に接続した場合
のプロセス制御システムの一実施例を示す。
【００６８】２線式伝送器９５０に接続されたプロセス
状態検出器９３０および９４０の経時変化状態は、シグ
ナルコンパレータ９１０を介してオペレータコンソール
900に接続することにより、プロセス現場から離れた場
所でも知ることができるようになる。またオペレーター
ズコンソール９００以外でも、２線式伝送路に接続され
たハンドルヘルドタイプ通信器９２０においてもプロセ
ス状態検出器の経時変化状態を検出することが可能にな
る。
状態検出器９３０および９４０の経時変化状態は、シグ
ナルコンパレータ９１０を介してオペレータコンソール
900に接続することにより、プロセス現場から離れた場
所でも知ることができるようになる。またオペレーター
ズコンソール９００以外でも、２線式伝送路に接続され
たハンドルヘルドタイプ通信器９２０においてもプロセ
ス状態検出器の経時変化状態を検出することが可能にな
る。
【００６９】図１２，図１３，図１４に図１０のプロセ
ス制御システムにおいて、オペレーターズコンソール９
００に本発明のプロセス状態検出器の半導体センサの経
時変化を表示した一実施例を示す。
ス制御システムにおいて、オペレーターズコンソール９
００に本発明のプロセス状態検出器の半導体センサの経
時変化を表示した一実施例を示す。
【００７０】図１２はプロセス状態検出器のセンサに設
けられた第１，第２の抵抗を有する差圧センサから求め
た経時変化を示すデータを経時的に表示した例であり、
時間が経過するに従い、センサの経時変化が大きくなっ
ていくのを写している。
けられた第１，第２の抵抗を有する差圧センサから求め
た経時変化を示すデータを経時的に表示した例であり、
時間が経過するに従い、センサの経時変化が大きくなっ
ていくのを写している。
【００７１】図１３はプロセス監視システム中に複数の
プロセス状態検出装置を設けた場合に、それぞれのプロ
セス状態検出装置の経時変化状況を示したものである。
この例ではＮｏ１２のプロセス状態検出装置に経時変化
が起こしている状況を示している。
プロセス状態検出装置を設けた場合に、それぞれのプロ
セス状態検出装置の経時変化状況を示したものである。
この例ではＮｏ１２のプロセス状態検出装置に経時変化
が起こしている状況を示している。
【００７２】図１４は複合機能形センサに第１，第２の
抵抗を有する差圧センサを設けて、それぞれの差圧セン
サ回路を構成する第１，第２の抵抗、例えば図３に示し
た抵抗体１１１，１１２、抵抗体１１３，１１４とを組
み合わせて、これらの値を経時的に比較表示したもので
あり第１，第２の抵抗の抵抗変化状況がほぼ同一であれ
ば、基準抵抗と組み合わせた時の電圧値を測定しなくて
も、これらの抵抗値を比較することにより経時変化の検
出が可能になる。
抵抗を有する差圧センサを設けて、それぞれの差圧セン
サ回路を構成する第１，第２の抵抗、例えば図３に示し
た抵抗体１１１，１１２、抵抗体１１３，１１４とを組
み合わせて、これらの値を経時的に比較表示したもので
あり第１，第２の抵抗の抵抗変化状況がほぼ同一であれ
ば、基準抵抗と組み合わせた時の電圧値を測定しなくて
も、これらの抵抗値を比較することにより経時変化の検
出が可能になる。
【００７３】以上プロセス状態検出器のセンサの経時変
化をオペレーターズコンソール900に表示した例を示し
たが、これらの情報の表示装置はオペレーターズコンソ
ール９００に限られた事ではなく、ハンドルヘルドタイ
プの表示器９２０に、またプロセス状態検出器９３０自
身に表示装置を持たせることが可能であり、これらの表
示装置に示すデータもこれまでに示したような方法を任
意に組み合わせて表示する事が可能である、経時変化の
発生も表示するタイミングとしてはプロセス状態を監視
している時に、オペレーターズコンソール９００のプロ
グラムされた制御手段があるセンサの経時変化の発生を
検出して、図１１のように表示装置に警報９０５を出
し、そのセンサの経時変化を示す表示を割り込みで出力
すること、プロセスの監視人が指定して特定のプロセス
状態検出装置のセンサの経時変化を表示させること、所
定の経過時間毎に表示装置に表示させることが可能であ
る。また、本発明の一実施例では半導体複合機能センサ
の差圧センサの経時変化を検出するために第１，第２の
差圧感応抵抗を設けた例を示したが、本発明は静圧セン
サおよび温度センサの経時変化を検出することに対して
も適用できる。
化をオペレーターズコンソール900に表示した例を示し
たが、これらの情報の表示装置はオペレーターズコンソ
ール９００に限られた事ではなく、ハンドルヘルドタイ
プの表示器９２０に、またプロセス状態検出器９３０自
身に表示装置を持たせることが可能であり、これらの表
示装置に示すデータもこれまでに示したような方法を任
意に組み合わせて表示する事が可能である、経時変化の
発生も表示するタイミングとしてはプロセス状態を監視
している時に、オペレーターズコンソール９００のプロ
グラムされた制御手段があるセンサの経時変化の発生を
検出して、図１１のように表示装置に警報９０５を出
し、そのセンサの経時変化を示す表示を割り込みで出力
すること、プロセスの監視人が指定して特定のプロセス
状態検出装置のセンサの経時変化を表示させること、所
定の経過時間毎に表示装置に表示させることが可能であ
る。また、本発明の一実施例では半導体複合機能センサ
の差圧センサの経時変化を検出するために第１，第２の
差圧感応抵抗を設けた例を示したが、本発明は静圧セン
サおよび温度センサの経時変化を検出することに対して
も適用できる。
【００７４】例えば、図３に示した静圧センサの第１の
抵抗１５１，１５２に接続している端子５０８，５０９
に対して第１のスイッチを設け、かつ第２の抵抗１５
３，１５４に接続している端子５１０，５１１に対して
第２のスイッチを設け、これらのスイッチを組み合わせ
て基準抵抗３４０とそれぞれ接続することにより、静圧
センサに経時変化が発生しているかを検出することが可
能になる。
抵抗１５１，１５２に接続している端子５０８，５０９
に対して第１のスイッチを設け、かつ第２の抵抗１５
３，１５４に接続している端子５１０，５１１に対して
第２のスイッチを設け、これらのスイッチを組み合わせ
て基準抵抗３４０とそれぞれ接続することにより、静圧
センサに経時変化が発生しているかを検出することが可
能になる。
【００７５】さらに、本発明の一実施例ではセンサ回路
として、４辺とも圧力に感応する抵抗で構成したブリッ
ジ回路を使用したが、経時変化検出可能な回路はこれに
限らず、４辺のうち２辺を圧力に感応する抵抗で構成
し、他の２辺をダミー抵抗としたブリッジ回路において
も、４辺のうち１辺を圧力に感応する抵抗で構成し、他
の３辺をダミー抵抗としたブリッジ回路においても、そ
れぞれの抵抗値変化を得られるように検出端子とスイッ
チを設けることにより、本発明を適用することが可能で
ある。
として、４辺とも圧力に感応する抵抗で構成したブリッ
ジ回路を使用したが、経時変化検出可能な回路はこれに
限らず、４辺のうち２辺を圧力に感応する抵抗で構成
し、他の２辺をダミー抵抗としたブリッジ回路において
も、４辺のうち１辺を圧力に感応する抵抗で構成し、他
の３辺をダミー抵抗としたブリッジ回路においても、そ
れぞれの抵抗値変化を得られるように検出端子とスイッ
チを設けることにより、本発明を適用することが可能で
ある。
【００７６】そして、本発明の一実施例の図１に示した
プロセス状態検出装置においては、基準抵抗３４０をプ
ロセスの環境変化に左右されないよう装置の増幅部に設
けたが、この基準抵抗の配置場所にこれに限らず、例え
ば、基準抵抗がセンサの第１，第２の抵抗に対して等し
い抵抗値を出力するように構成すれば、図１５に示した
ように受圧部内に設けることが可能であり、さらにはこ
の基準抵抗を装置に対して脱着式にしてもよい。
プロセス状態検出装置においては、基準抵抗３４０をプ
ロセスの環境変化に左右されないよう装置の増幅部に設
けたが、この基準抵抗の配置場所にこれに限らず、例え
ば、基準抵抗がセンサの第１，第２の抵抗に対して等し
い抵抗値を出力するように構成すれば、図１５に示した
ように受圧部内に設けることが可能であり、さらにはこ
の基準抵抗を装置に対して脱着式にしてもよい。
【００７７】
【発明の効果】以上本発明によれば、プロセス状態検出
装置に使われる複合機能形センサの経時変化を知ること
ができるので、センサの寿命予測が可能になりプロセス
状態検出装置の保守管理の工程を大幅に低減できるとい
う効果がある。
装置に使われる複合機能形センサの経時変化を知ること
ができるので、センサの寿命予測が可能になりプロセス
状態検出装置の保守管理の工程を大幅に低減できるとい
う効果がある。
【図１】本発明の一実施例のプロセス状態検出器の構成
図。
図。
【図２】本発明の一実施例の複合機能形センサの平面
図。
図。
【図３】本発明の一実施例の複合機能形センサの回路
図。
図。
【図４】図３のセンサ回路と基準抵抗を接続するスイッ
チ状態。
チ状態。
【図５】本発明の一実施例の第１，第２の抵抗と基準抵
抗の出力電圧関係説明図。
抗の出力電圧関係説明図。
【図６】本発明の一実施例の第１，第２の抵抗と基準抵
抗の出力電圧関係説明図。
抗の出力電圧関係説明図。
【図７】本発明の一実施例のデータマップ作成方法。
【図８】データマップの作成手順を示すフローチャー
ト。
ト。
【図９】センサの経時変化状況説明図。
【図１０】本発明の一実施例の複合機能形センサの実装
図。
図。
【図１１】本発明のプロセス状態検出器を使ったシステ
ム構成の一例。
ム構成の一例。
【図１２】センサの経時変化の表示の一実施例。
【図１３】センサの経時変化の表示の一実施例。
【図１４】センサの経時変化の表示の一実施例。
【図１５】基準抵抗の配置方法の一実施例。
１…複合機能形差圧センサチップ、１１…差圧感圧ダイ
アフラム、１２…センサチップ厚肉部、１５…静圧感応
ダイアフラム、１６…アルミ配線、１７…リード線、１
３…保護膜、４１…製造ラインコンピュータ、４１…ハ
ーメチックシール部、４２…ハーメチックシール端子、
６０…増幅部、６１…マイクロプロセッサ、６２…Ｅ2
ＰＲＯＭ 、６３…デジタルＩ／Ｏ、７０，２７０…受
圧部、111〜１１４…差圧抵抗体、１５１〜１５４…静
圧抵抗体、１５５…感温抵抗、１８０…静圧の基準室、
２００，３００…半導体複合センサ、２０５，３０５…
Ａ／Ｄ変換器、２１０，３１０…差圧センサ、２２０，
３２０…静圧センサ、２３０，３３０…温度センサ、３
４０…基準抵抗、３５０…ＰＲＯＭ、３７０…第一の差
圧センサのセンサマップ、５０１〜５１５…端子又はバ
ッド、９００…オペレーターズコンソール、９１０…シ
グナルコンパレータ、９２０…ハンドヘルドタイプ通信
器、９３０，９４０…プロセス状態検出装置。
アフラム、１２…センサチップ厚肉部、１５…静圧感応
ダイアフラム、１６…アルミ配線、１７…リード線、１
３…保護膜、４１…製造ラインコンピュータ、４１…ハ
ーメチックシール部、４２…ハーメチックシール端子、
６０…増幅部、６１…マイクロプロセッサ、６２…Ｅ2
ＰＲＯＭ 、６３…デジタルＩ／Ｏ、７０，２７０…受
圧部、111〜１１４…差圧抵抗体、１５１〜１５４…静
圧抵抗体、１５５…感温抵抗、１８０…静圧の基準室、
２００，３００…半導体複合センサ、２０５，３０５…
Ａ／Ｄ変換器、２１０，３１０…差圧センサ、２２０，
３２０…静圧センサ、２３０，３３０…温度センサ、３
４０…基準抵抗、３５０…ＰＲＯＭ、３７０…第一の差
圧センサのセンサマップ、５０１〜５１５…端子又はバ
ッド、９００…オペレーターズコンソール、９１０…シ
グナルコンパレータ、９２０…ハンドヘルドタイプ通信
器、９３０，９４０…プロセス状態検出装置。
Claims (8)
- 【請求項１】プロセスの物理状態に感応して抵抗値が変
化する複数の検出抵抗が形成された半導体センサを有す
るプロセス状態検出装置において、一定の抵抗値を有する基準抵抗と、 前記検出抵抗のうち少なくとも１組の検出抵抗と前記基
準抵抗によって第１のブリッジ回路を形成する第１の選
択手段と、 当該第１の選択手段とは異なる少なくとも１組の検出抵
抗と前記基準抵抗によって第２のブリッジ回路を形成す
る第２の選択手段と、 を備えた ことを特徴とするプロセス状態検出装置。 - 【請求項２】請求項１のプロセス状態検出装置におい
て、前記第１の選択手段によって形成された第２のブリッジ
回路から得られる出力と前記第２の選択手段によって形
成された第２のブリッジ回路から得られる出力との和、
及び／または、前記第１の選択手段によって形成された
第２のブリッジ回路から得られる出力と前記第２の選択
手段によって形成された第２のブリッジ回路から得られ
る出力との差を、予め定めた基準値と比較する比較手段
を備えたこと を特徴とするプロセス状態検出装置。 - 【請求項３】請求項１のプロセス状態検出装置におい
て、 前記検出抵抗は、前記プロセスに発生した圧力差に感応
することを特徴とするプロセス状態検出装置。 - 【請求項４】請求項１のプロセス状態検出装置におい
て、 前記検出抵抗は前記プロセスに発生した圧力に感応する
ことを特徴とするプロセス状態検出装置。 - 【請求項５】請求項２のプロセス状態検出装置におい
て、 前記第１及び第２の選択手段によって形成された第１及
び第２のブリッジ回路 の出力の和、及び／または、差を
所定のタイミングで検出し、格納する記憶手段を備えた
ことを特徴とするプロセス状態検出装置。 - 【請求項６】請求項２のプロセス状態検出装置におい
て、 前記比較手段の出力が、所定の基準値を越えた場合、警
報信号を発することを特徴とするプロセス状態検出装
置。 - 【請求項７】請求項１のプロセス状態検出装置におい
て、前記プロセス状態検出装置内の受圧部に前記基準抵抗を
備えた ことを特徴とするプロセス状態検出装置。 - 【請求項８】請求項１のプロセス状態検出装置におい
て、 前記基準抵抗を着脱可能にしたことを特徴とするプロセ
ス状態検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5022358A JP2797880B2 (ja) | 1993-02-10 | 1993-02-10 | プロセス状態検出装置 |
| US08/190,847 US5528940A (en) | 1993-02-10 | 1994-02-03 | Process condition detecting apparatus and semiconductor sensor condition detecting circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5022358A JP2797880B2 (ja) | 1993-02-10 | 1993-02-10 | プロセス状態検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06235672A JPH06235672A (ja) | 1994-08-23 |
| JP2797880B2 true JP2797880B2 (ja) | 1998-09-17 |
Family
ID=12080417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5022358A Expired - Lifetime JP2797880B2 (ja) | 1993-02-10 | 1993-02-10 | プロセス状態検出装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5528940A (ja) |
| JP (1) | JP2797880B2 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5828567A (en) * | 1996-11-07 | 1998-10-27 | Rosemount Inc. | Diagnostics for resistance based transmitter |
| DE10060706A1 (de) | 2000-12-07 | 2002-06-13 | Flowtec Ag | Verfahren und eine Vorrichtung zur System- und/oder Prozeßüberwachung |
| JP2005188980A (ja) * | 2003-12-24 | 2005-07-14 | Toyoda Mach Works Ltd | 圧力センサ |
| JP4975959B2 (ja) * | 2004-11-29 | 2012-07-11 | 株式会社ケミトロニクス | 圧力・温度分布計測システム |
| JP2007078397A (ja) * | 2005-09-12 | 2007-03-29 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体圧力センサ |
| AT9862U3 (de) * | 2007-12-19 | 2009-01-15 | Avl List Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur beurteilung der restlebensdauer einer sensoreinheit |
| JP5829944B2 (ja) * | 2012-02-22 | 2015-12-09 | アズビル株式会社 | 差圧／圧力複合センサの交換時期決定方法 |
| GB2506708B (en) * | 2013-05-01 | 2014-09-03 | Mk Test Systems | Method for testing equipment |
| JP6135483B2 (ja) * | 2013-12-02 | 2017-05-31 | 株式会社デンソー | センサ装置 |
| CN104635592A (zh) * | 2015-02-12 | 2015-05-20 | 安徽江淮汽车股份有限公司 | 电阻输出仪器、测试系统以及输出不同电阻值的方法 |
| CN104897336A (zh) * | 2015-06-10 | 2015-09-09 | 浙江长兴好方向食品有限公司 | 一种压阻式差压传感器 |
| CN109974932B (zh) * | 2017-12-27 | 2024-03-19 | 核动力运行研究所 | 一种仪表静压修正系统及方法 |
| US11079295B2 (en) * | 2019-06-03 | 2021-08-03 | Infineon Technologies Ag | Method and system for determining reliability of a pressure sensor |
| US11264193B2 (en) * | 2020-04-27 | 2022-03-01 | Hydra-Electric Company | Two wire pressure indicating switch with all electronic architecture with millivolt operating supply |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4598381A (en) * | 1983-03-24 | 1986-07-01 | Rosemount Inc. | Pressure compensated differential pressure sensor and method |
| US4468968A (en) * | 1983-04-21 | 1984-09-04 | The Singer Company | Method and arrangement for providing information to define the values of a set of parameters which characterize an element |
| US4872349A (en) * | 1986-10-31 | 1989-10-10 | General Electric Company | Microcomputerized force transducer |
| JPH0810159B2 (ja) * | 1989-05-26 | 1996-01-31 | 株式会社石田衡器製作所 | 自己診断回路 |
-
1993
- 1993-02-10 JP JP5022358A patent/JP2797880B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-02-03 US US08/190,847 patent/US5528940A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06235672A (ja) | 1994-08-23 |
| US5528940A (en) | 1996-06-25 |
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