JP4367042B2 - 歪みゲージを用いた圧力検出回路 - Google Patents
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Description
このブリッジセンサ10は圧力を受けると4つの抵抗Ra,Rb,Rc,Rdの少なくとも1つが変化し、接点C−D間に圧力に比例した電圧が発生し、その差を増幅器20c,20d,20aで増幅して図示しないADコンバータを介して制御装置(図示せず)に入力し、その圧力値を検出するようになっている。
さらに、この圧力検出装置20は、接点c,dを抵抗Re,Rfを介して接地する接地回路を有する。この抵抗Re,Rfは、ブリッジセンサ10の抵抗Ra〜Rdに比べて十分大きく(例えば1000倍程度)設定されており、接点C−c間、又はD−d間の信号線が断線した場合には、制御装置(図示せず)で検出する圧力値が正常の範囲から振り切れることにより、その断線を検出するようになっている。
しかし、ブリッジセンサ10を構成する4つの抵抗Ra,Rb,Rc,Rdは、接点C−D間の電圧がほぼ0となるように設定されているものの、それらの抵抗値は必ずしも同一ではない。そのため、断線検出用に上述した接地回路を設けると、抵抗Re,Rfにより、2つの抵抗Rc,Rdと抵抗Re,Rfとの合成インピーダンスが影響し、ブリッジセンサ10のバランスが崩れることがあった。
すなわち、実機で使用されている歪みゲージ式の圧力センサは4線式のブリッジ抵抗で構成されているが、各辺の抵抗Ra,Rb,Rc,Rdが大きく異なる場合に、断線検出用抵抗Re,Rfとの並列接続による抵抗値の低下が一様でないため、信号電圧に誤差が生じる問題点があった。
また、この信号電圧の誤差を小さくするには、断線検出用の抵抗値Re,Rfを従来より更に大きくすると、接点C−c間及びD−d間の両方の信号線が断線した場合には、接点c−d間に設けられたコンデンサCの影響で、その断線検出に数秒以上の遅れが発生する問題点があった。
また、本発明の計測対象が、圧力であり、圧力センサはエンジンが停止していない状態でも、大気圧(約14.7psia)を計測しているため、断線がない限り大気圧に相当する電圧信号を出力している。
また、従来型の断線検出回路ではセンサ印加電圧のコモン線が断線したときは断線検出ができなかったが(断線検出抵抗を経由して擬似的に回路が形勢されるため)、本発明の回路構成とすることで、コモン断線時も異常検出できる。
圧力検出装置20は、図示しない電源から、接点a,配線1,接点Aを介してブリッジセンサ10の抵抗Ra,Rb間に直流電圧を印加する。また、抵抗Rc,Rd間は接点B,配線4,接点bを介して接地されている。
更に、抵抗Rb,Rc間は、接点C,配線2,接点cを介して増幅器20cの入力端子に接続され、同様に抵抗Ra,Rd間は、接点D,配線3,接点dを介して増幅器20dの入力端子に接続されている。従って、増幅器20c,20dにより抵抗Rb,Rc間と抵抗Ra,Rd間の電圧を増幅し、更にその差ΔVを増幅器20aで増幅し、異常検出器22を介して図示しない制御装置(図示せず)に入力し、その圧力値を検出するようになっている。
この原因は、RaとRdはほぼ等しく、RbとRcもほぼ等しいため、センサとしては本来正常であるが、RcとRdが大きく異なっているため、このような異常が発生するものと考えられる。
しかし、(1)断線検出用抵抗を除去した場合、センサの断線検出ができなくなる。また、(2)断線検出用抵抗を大きくした場合には、センサの断線検出はできるが、RcとRdのミスマッチの影響は小さくできるが完全には除去できない。
図2は、実施した抵抗値と検出圧力の関係図である。この図は、大気圧(14.7psia)を計測したときの計測値を示している。この図に示すように、従来例では、RcとRdが大きく異なるため、検出結果が異常に大きくなっているが、その他の例では、ほぼ大気圧に一致しており、(1)(2)の対策及び本発明のいずれも、検出圧力の点では大幅に改善されていることがわかる。
図3は、実施した抵抗値と検出遅れの関係図である。この図は、2本の信号線を切断(断線)した時の検出遅れを示している。この図から、(1)(2)の対策のどちらも検出遅れが大きく、実用性がないことがわかる。
これに対して、本発明の例では、電圧差ΔVが所定の最低圧力を下回るときに異常を検出するので、ほとんど瞬時に異常検出ができることが確認された。
また、本発明の計測対象が、圧力であり、圧力センサはエンジンが停止していない状態でも、大気圧(約14.7psia)を計測しているため、断線がない限り大気圧に相当する電圧信号を出力している。
また、従来型の断線検出回路ではセンサ印加電圧のコモン線が断線したときは断線検出ができなかったが(断線検出抵抗を経由して擬似的に回路が形勢されるため)、本発明の回路構成とすることで、コモン断線時も異常検出できる。
10 ブリッジセンサ、
20 圧力検出装置、
20c,20d,20a 増幅器、
22異常検出器
Claims (2)
- 少なくとも1つが歪みゲージからなる4つの抵抗Ra,Rb,Rc,Rdが順に環状に接続されたブリッジセンサと、該ブリッジセンサの隣接する抵抗間に4本の配線を介して接続された圧力検出装置とからなり、
前記抵抗Ra,Rb間に直流電圧を印加し、抵抗Rc,Rd間を接地し、抵抗Rb,Rc間と抵抗Ra,Rd間の電圧差ΔVを増幅して電圧差ΔVに比例する圧力を検出する圧力検出回路において、
抵抗Rb,Rc間と圧力検出装置を接続する配線と、抵抗Ra,Rd間と圧力検出装置を接続する配線とを、接地せずに、断線検出用の抵抗Rを介して接続し、該抵抗の抵抗値は4つの抵抗のいずれよりも十分大きい抵抗値を有し、
電圧差ΔVから求まる圧力が所定の最低圧力を下回るときに異常を検出する異常検出器を備える、ことを特徴とする歪みゲージを用いた圧力検出回路。 - 前記電圧差ΔVを増幅する増幅器を備える、ことを特徴とする請求項1に記載の歪みゲージを用いた圧力検出回路。
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JP2003276557A JP4367042B2 (ja) | 2003-07-18 | 2003-07-18 | 歪みゲージを用いた圧力検出回路 |
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