JPH0142359Y2

JPH0142359Y2 -

Info

Publication number: JPH0142359Y2
Application number: JP15799679U
Authority: JP
Priority date: 1979-11-14
Filing date: 1979-11-14
Publication date: 1989-12-12
Also published as: JPS5678472U

Description

【考案の詳細な説明】この考案は１対の半導体感圧素子と１対の抵抗
回路を用いてブリツジ回路を構成し、圧力変化に
対応する上記半導体感圧素子の抵抗変化を電気信
号に変換して出力する圧力変換回路に関する。

この種の圧力変換装置においては、半導体の性
質上周囲温度の変化により感圧素子の抵抗値が変
化するため、温度による零点のドリフトが問題と
なる。従来、この温度ドリフトを補償するため
に、第１図ａの如くブリツジ回路を構成してい
た。第１図ａにおいて、R₁₁，R₁₂はそれぞれ半
導体感圧素子、R₁₃〜R₁₆はそれぞれ温度係数が
ほぼ零と考えられる抵抗器、E_Bはブリツジ回路
への供給電源電圧、E_Oはブリツジ回路の出力電
圧である。

今、半導体感圧素子R₁₁，R₁₂に圧力を印加し
ないとき、その抵抗値は温度によつて変化する
が、その関係式を、基準温度T₀を中心としてテ
イラー展開してその温度の２乗の頃まで考慮する
ものとして表わすと、次のように表わせる。

R₁₁＝R₁₁₀｛１＋α₁（Ｔ−T₀）＋β₁ （Ｔ−T₀）²｝｝ …(1) R₁₂＝R₁₂₀｛１＋α₂（Ｔ−T₀）＋β₂ （Ｔ−T₀）²｝ …(2) ここで、Ｔは温度、T₀は基準温度であり、また、α_i＝１／R_1i0（∂R_1i／∂_T）_T=T0 β_i＝１／2R_1i0（∂²R_1i／∂_T2）_T=T0 （ただしｉ＝１または２）である。

一方ブリツジ回路の出力電圧E₀は E₀＝E_B｛R₁₂＋R₁₄／R₁₁＋R₁₂＋R₁₃＋R₁₄ −R₁₆／R₁₅＋R₁₆｝ …(3) で表わされる。

ここで基準温度において、E₀＝０、かつ基準
温度のまわりで温度ドリフトが無くなる条件は（∂^k _E0／∂_T ^k）_T=T0＝０ …(4) （ただしｋ＝０，１，２，３，…）である。こ
の従来のブリツジ回路の場合には E_0(T=T0)＝０→（R₁₂₀＋R₁₄）R₁₅ ＝（R₁₁₀＋R₁₃）R₁₆ …(5) （∂_E0／∂_T）_T=T0＝０→（∂_R12／∂_T）（R₁₁₀＋R₁₃）＝（∂_R11／∂_T）（R₁₂₀＋R₁₄）…(6) としている。これは（R₁₂＋R₁₄）R₁₅＝（R₁₁＋R₁₃）R₁₆ …(7) （∂R₁₂／∂T）／R₁₂₀＋R₁₄＝（∂R₁₁／∂T）／R₁₁₀＋R
₁₃…(8) と同等である。また、R₁₁およびR₁₂は前述の式
で表わせるから、上記(8)式は（R₁₁₀／R₁₁₀＋R₁₃）α₁＝（R₁₂₀／R₁₂₀＋R₁₄）α₂…
(9) と同等である。

以上から使用する感圧素子R₁₁，R₁₂の温度特
性のパラメータα₁，α₂の違いに応じて、R₁₃，
R₁₄を、たとえばR₁₃とR₁₄との和を一定として調
整する（この場合、R₁₃，R₁₄を可変抵抗器を用
いて構成する）ことにより、（∂_E0／∂_T）_T=T0＝０と
することができ、また、R₁₅，R₁₆を、たとえば
R₁₅，R₁₆の和を一定として調整する（この場合、
R₁₅，R₁₆を固定抵抗器と可変抵抗器により構成
する）ことにより、E_0(T=T0)＝０とすることがで
きる。この場合の構成を示したものが第１図ｂで
ある。

これにより、E₀の温度特性を改善することが
できるのが、ブリツジ出力E₀の温度特性の一例
を第２図に示すと、E_0(T=T0)＝０かつ（∂_E0／∂_T）_T=T
0 ＝０であるが、（∂² _E0／∂_T2）_T=T0，（∂³ _E0／∂_T3）_T=T0，…など
は０ではない。

使用する温度範囲が広い場合には、（∂² _E0／∂_T2）_T
=T0 が０でないことが問題となつてくる。そこで、広
い温度範囲での動作が必要とされる場合、
（∂² _E0／∂_T2）_T=T0による温度の２乗の項の補償も必
要となつてくる。

この考案は上記の点に鑑みてなされたもので、
半導体感圧素子を用いてブリツジ回路を構成し、
圧力の大きさを電気信号に変換する圧力変換回路
において、上記半導体感圧素子の温度による抵抗
値変化の補償を、広い温度範囲にわたつて行なえ
る圧力変換回路を提供することを目的とする。

以下この考案の一実施例を図面を参照して説明
する。第３図はこの考案の一実施例を示すもの
で、第１図ａと同一部分には同一符号を付して重
複する部分の説明は省略する。即ち、第１図ａは
感圧素子R₁₁、感圧素子R₁₂を第１の辺、第２の
辺とし、かつ、温度係数が零とみなせる抵抗
R₁₃，R₁₄をそれぞれ個別に第１の辺、第２の辺
の感圧素子R₁₁，R₁₂に直列に接続し、同様に温
度係数が零とみなせる抵抗R₁₅，R₁₆を第３の辺、
第４の辺とし、これら第１、第２の辺の接続点と
第３、第４の辺の接続点とを出力端子としてブリ
ツジ回路を構成している。第３図において特に第
１図ａと異なるところは、感圧素子R₁₂の対辺
（第３の辺）が抵抗R₁₅と抵抗R₁₇，R₁₉の並列回
路が直列にされた構成となつており、また、感圧
素子R₁₁の対辺（第４の辺）が、抵抗R₁₆と抵抗
R₁₈の直列回路で構成されていることにある。な
お、上記抵抗R₁₇，R₁₈はそれぞれ正の温度係数
を有する抵抗で、抵抗R₁₉は温度係数が抵抗R₁₇
に比べて０とみなせる抵抗である。

このような構成において、上記抵抗R₁₇，R₁₈
がそれぞれ、 R₁₇＝R₁₇₀｛１＋α₇（Ｔ−T₀）｝ R₁₈＝R₁₈₀｛１＋α₈（Ｔ−T₀）｝で表わされる温度特性を持つとすると、今、 R₁₉＝R₁₇₀，R₁₈₀＝R₁₇₀／２，α₈＝α₇／２とすれば
、 R₁₇，R₁₉の合成抵抗R₇₉は、 R₇₉＝R₁₇・R₁₉／R₁₇＋R₁₉＝R₁₇₀｛１＋α₇（Ｔ−T₀）
｝／２＋α₇（Ｔ−T₀）＝R₁₇₀／２｛１＋α₇（Ｔ−T₀）
／１＋α₇／２（Ｔ−T₀）｝ ≒R₁₇₀／２｛１＋α₇（Ｔ−T₀）｝・｛１−α₇／２（
Ｔ−T₀）｝＝R₁₇₀／２｛１＋α₇／２（Ｔ−T₀）−α²／₇／２（
Ｔ−T₀）²｝となり、またR₁₆は、 R₁₈＝R₁₇₀／２｛１＋α₇／２（Ｔ−T₀）｝となり、近似的に常温での抵抗値および温度係数
が同じでR₇₉側だけ温度の２乗に比例する項を持
つ抵抗が得られる。

したがつて、例えば第１図ａにおいて、R₁₅＝
R₁₆でE_O＝０となつていれば、第３図の様な接続
としても、E_Oは、 E_O＝E_B｛R₁₂＋R₁₄／R₁₁＋R₁₂＋R₁₃＋R₁₄ −R₁₆＋R₁₈／2R₁₆＋R₁₈＋R₇₉｝となり、右辺第２項は、さらに E_B（R₁₆＋R₁₈／2R₁₆＋R₁₈＋R₇₉）＝［R₁₆＋R₁₇₀／２
｛１＋α₇／２（Ｔ−T₀）｝／2R₁₆＋R₁₇₀｛１＋α₇／２
（Ｔ−T₀）−α²／₇／４（Ｔ−T₀）²｝］・E_B ＝E_B／２｛１＋R₁₇₀／2R₁₆＋R₁₇₀・α₇／２（Ｔ−T₀
）｝／１＋R₁₇₀／2R₁₆＋R₁₇₀・α₇／２（Ｔ−T₀）−R_17
0／2R₁₆＋R₁₇₀・α²／₇／４（Ｔ−T₀）² ≒E_B／２｛１＋R₁₇₀／2R₁₆＋R₁₇₀・α₇／２（Ｔ−T₀
）｝｛１−R₁₇₀／2R₁₆＋R₁₇₀・α₇／２（Ｔ−T₀）｝となるので、右辺第２項は（∂²E₀／∂T²）_T=T0の
ときのみ零とならず、α₇により変化することにな
る。そこで、感圧素子R₁₁，R₁₂の持つβにより
発生する（∂² _E0／∂_T2）_T=T0に比例する項を打ち消す
ようにα₇を選定することにより、（∂² _E0／∂_T2）_T=T0に
比例する項をなくすことができ、すなわち（∂² _E0／∂_T2）_T
= _T0 を０とすることができ、幅広い温度に対して零
点ドリフトをおさえることが可能となる。

第４図はこの考案の変形例を示すもので、第３
図とは逆に、R₁₇，R₁₉の並列回路を感圧素子R₁₁
に直列に接続し、R₁₈を感圧素子R₁₂に直列に接
続するとともに、抵抗R₁₃を抵抗R₁₅に、抵抗R₁₄
を抵抗R₁₆にそれぞれ直列に接続したものであ
り、このような構成としても上記実施例同様の作
用をなす。

なお、第３図、第４図においては、抵抗R₁₃〜
R₁₉を固定抵抗器として説明したが、これらの各
抵抗を可変抵抗器としても良く、可変抵抗器とす
れば調整を容易とすることができる。また、ブリ
ツジ共給電圧は直流でなく交流でも良い。

以上説明したようにこの考案によれば、半導体
感圧素子を用いてブリツジ回路を構成し、圧力変
化に対応する上記感圧素子の抵抗変化を電気信号
に変換する圧力変換回路において、上記半導体感
圧素子の温度による抵抗値変化の補償を、広い温
度範囲にわたつて行なうことができ、実用性に優
れた圧力変換回路を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは従来の圧力変換回路を示す図、
第２図は第１図ｂのブリツジ回路出力E_Oの温度
特性を示す図、第３図はこの考案の一実施例によ
る圧力変換回路を示す図、第４図は同実施例の変
形例を示す図である。 R₁₁，R₁₂……半導体感圧素子、E_B……ブリツ
ジ供給電源電圧、R₁₃〜R₁₉……固定抵抗。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

第１、第２の半導体感圧素子を第１、第２の辺
に設け、温度係数が零とみなせる第１、第２の抵
抗を第３、第４の辺に設け、これら第１、第３の
辺の接続点と第２、第４の辺の接続点との間に直
流電源を印加し、前記第１、第２の辺の接続点と
第３、第４の辺の接続点との出力端子から圧力変
化に対応した信号を取り出すブリツジ回路を構成
するとともに、前記第１、第２の半導体感圧素子
の温度特性の違いに応じて和の抵抗値が一定とな
るように第１の辺および第２の辺または第３およ
び第４の辺に固定または可変抵抗を直列に接続
し、かつ、これら固定または可変抵抗の接続辺と
は別の一辺に温度係数が零とみなせる抵抗と所定
の温度係数を有する抵抗との並列回路を直列に接
続するとともに前記出力端子をはさんで前記別の
他の辺に所定の温度係数を有する抵抗を直列に接
続したことを特徴とする圧力変換回路。