JPH0243236B2 - - Google Patents

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JPH0243236B2
JPH0243236B2 JP56214325A JP21432581A JPH0243236B2 JP H0243236 B2 JPH0243236 B2 JP H0243236B2 JP 56214325 A JP56214325 A JP 56214325A JP 21432581 A JP21432581 A JP 21432581A JP H0243236 B2 JPH0243236 B2 JP H0243236B2
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2268Arrangements for correcting or for compensating unwanted effects
    • G01L1/2281Arrangements for correcting or for compensating unwanted effects for temperature variations
    • GPHYSICS
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    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring 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
    • G01L9/02Measuring 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
    • G01L9/04Measuring 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 resistance-strain gauges
    • G01L9/045Measuring 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 resistance-strain gauges with electric temperature compensating means

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 この発明は、感圧素子を用いて圧力検出を行な
いその出力電気信号を2線式伝送路で伝送する2
線式圧力差圧伝送器に関する。
発明の技術的背景 第1図は従来の2線式圧力差圧伝送器の構成を
示す回路図である。1は圧力検出回路の主要部を
構成するブリツジ回路で、その枝に圧力変化を抵
抗変化に変換する感圧素子を有している。2,3
はそれぞれ感圧素子で、例えばシリコン単結晶板
にピエゾ抵抗素子を形成し、圧力に応じてピエゾ
抵抗効果により抵抗が変化することを利用したも
のである。
第1図においてはブリツジの枝に感圧素子2お
よび3が用いられているが、他の枝にも全て感圧
素子を用いるいわゆるフルブリツジ方式も同様に
用いられる。
第1図では感圧素子は2つの枝に挿入されてお
り、他の2つの枝には基準抵抗Roが挿入されて
いる。
なお感圧素子2および3の内部抵抗はそれぞれ
RP,RNとして示されている。4はブリツジ回路
1に電圧を供給するためのブリツジ電圧供給回路
である。5はブリツジ回路1からの出力信号を増
幅するための前置増幅回路、6は前置増幅回路5
からの増幅信号を電流に変換する電圧電流変換回
路である。7は電圧電流変換回路6からの電流に
よつて制御される電流制御用素子、8は基準電圧
発生回路、9は抵抗器、10は外部の基準電源
で、通常DC24Vを出力する電源が用いられる。
11は外部の負荷抵抗で通常最大500Ω程度が用
いられる。
第1図に示す回路の動作は次のとおりである。
外部の基準電源10によつて供給される電力
は、基準電圧発生回路8によつて一定電圧に変換
され、この圧力検出装置を駆動する。
ブリツジ回路1に供給される電圧は、ブリツジ
電圧供給回路4を介して行われる。ブリツジ回路
1は、圧力が加わらない状態では平衡状態となつ
ており、したがつて出力は前置増幅回路5に入力
されない。
しかし感圧素子2および3に圧力が加わるとそ
の抵抗値が変化することによりブリツジ回路1の
バランスがくずれて、出力電圧が発生し、この出
力電圧が前置増幅回路5により増幅され電圧電流
変換回路6を介して電流に変換され圧力に比例し
た電流(例えば、4〜20mA DC)を2線式信
号ラインに流す。この電流Iは、図中に矢印で示
してある。
第1図に示した2線式圧力差圧伝送器は、圧力
に対するブリツジ回路の出力電圧変化の特性が直
線的でかつ感圧素子2および3が温度変化の影響
を全く受けない場合には簡単で安価にできるとい
う利点がある。
背景技術の問題点 しかし第1図に示した従来の圧力差圧伝送器で
は、圧力に対するブリツジ回路の出力電圧の変化
特性は厳密にいえば、若干の非直線性誤差を含ん
でいる。そのため高精度で圧力検出を行うために
は回路上で補償をするか、又は感圧素子自体を高
度な技術によつて高精度に作らなければならない
という欠点がある。
また感圧素子を半導体で構成した場合には、温
度変化による影響を受けやすいためどうしても回
路上での温度補償が必要になる。そのため従来か
らさまざまな補償回路が考えられてきたが、いず
れの場合でも感圧素子の特性に応じて回路素子を
選択するか、もしくは可変抵抗のように適当な位
置に合せて調整する必要が生じ、補償回路が複雑
になるとともに補償工程が多くなり、製造費が高
くなるという欠点があつた。
発明の目的 この発明の目的は、回路素子の選択を無くし、
しかも補償工程を単純化した高精度の2線式圧力
差圧伝送器を提供するにある。
発明の概要 上記目的を達成するために本発明に係る2線式
圧力差圧伝送器は、圧力変化を抵抗変化に変換す
る第1の感圧素子を含み、圧力変化を電気信号の
変化として出力する第1の圧力検出回路と、前記
第1の感圧素子の近傍に設置された第2の感圧素
子により静圧力を電気信号として出力する第2の
圧力検出回路と、前記第1の感圧素子の近傍に設
置された感温素子により前記第1の感圧素子の近
傍温度変化を電気信号として出力する温度検出回
路と、前記圧力と前記静圧力と前記温度とに対す
る前記第1の圧力検出回路の出力電気信号の関係
をあらかじめ記憶しておく記憶回路と、前記第1
の圧力検出回路と前記第2の圧力検出回路と前記
温度検出回路の出力電気信号に応答して前記記憶
回路から対応する圧力電気信号を読み出して前記
第1の感圧素子に加わつた圧力を演算する論理演
算回路と、前記論理演算回路の出力信号をアナロ
グ電気信号に変換しそのアナログ電気信号を2線
式で出力する回路と、を備え、前記全ての回路の
1つをケース内に収納した構成となつている。
以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。
発明の実施例 第2図はこの発明の一実施例を示す2線式圧力
差圧伝送器の回路図である。
20は圧力検出回路を構成するブリツジ回路
で、感圧素子21および22と基準低抗RDとに
より構成されている。23は温度検出回路で、感
圧素子21および22の近傍に配置された感温素
子24がその枝内に組込まれたブリツジ回路によ
り構成されている。感圧素子21,22と感温素
子24とは、例えば、別個に形成され、あるいは
同一半導体基板に形成される。25はブリツジ回
路20および23をはじめとする各構成素子に電
圧を供給するための基準電圧発生回路である。2
6および27は前置増幅回路で、それぞれブリツ
ジ回路20および23の出力信号を増幅する。2
8はマルチプレクサで前置増幅回路26および2
7をそれぞれ選択して切り変える作用を有する。
29はA/D変換回路でマルチプレクサ28から
のアナログ信号をデイジタル信号に変換する。3
0は入力信号を演算して所定の出力信号を得るた
めの論理演算回路、31は記憶機能を有する記憶
回路、32は論理演算回路30からの出力を再び
アナログ信号に変換する機能を持つD/A変換回
路である。33は電圧・電流変換制御回路でD/
A変換回路32からの出力を圧力に比例した例え
ば4〜20mA DCの電流信号として2線式で外
部へ伝送する役割を果たす。34は外部基準電源
で通常24V DCが用いられる。35は外部の負荷
抵抗で通常最大500Ω程度が用いられる。これら
基準電源34及び負荷抵抗35以外の前記回路
は、使用上の保守上等の便宜性を考慮して圧力伝
送器ケース内に全て収納されている。
次に本実施例の動作について述べる。
基準電源34によつて供給される電力は、基準
電圧発生回路25によりブリツジ回路20および
23を駆動させる。ブリツジ回路20内の感圧素
子21,22に圧力が加わるとその抵抗値が変化
してブリツジ20のバランスがくずれるため出力
電圧が発生し、その出力電圧は前置増幅回路26
により増幅される。
なお、感圧素子21と22はそれぞれ第2図に
示すようなブリツジ回路20の枝に挿入され、一
方の感圧素子の抵抗値が増加するときには他方の
感圧素子の抵抗が同一変化分だけで減少するよう
に構成しておけば抵抗変化に対して出力電圧の変
化がリニアになる。
一方ブリツジ回路23内の感温素子24は周囲
の温度が変化することにより、抵抗が変化し、ブ
リツジ回路23のバランスをくずす。したがつて
周囲温度の変化に応じた出力電圧が発生し、の出
力電圧は前置増幅回路27により増幅される。ブ
リツジ回路20における圧力に対するブリツジ回
路の出力電圧変化特性は、感圧素子21および2
2の特性により一意的に定まるものであるから周
囲温度が一定である場合には常に同一圧力に対し
て同一出力電圧変化が得られる。
そこでこの圧力に対するブリツジ出力電圧変化
特性を予め製造工程で把握して、その変化曲線を
折れ線近似等の方法で記憶回路31に記憶させて
おく。
同様に周囲温度変化に対するブリツジ出力電圧
変化特性についても予め製造工程で把握してその
曲線を記憶回路31に記憶させておく。
ブリツジ回路20に加わつた圧力を検出するた
めには記憶回路31に記憶されている内容を論理
演算回路30によつて読み出してくればよいが、
その際読み出しの入力信号としてブリツジ回路2
0の出力電圧と周囲温度の情報とが必要となる。
この周囲温度の情報を提供する働きをするのが
ブリツジ回路23である。ブリツジ回路23はブ
リツジ回路20の周囲温度に応答して出力信号を
発生するので、これを温度情報として用いること
ができる。
このようにして前置増幅回路26と前置増幅回
路27の出力とをそれぞれマルチプレクサ28に
より切り換えて論理演算回路30に入力し、この
入力された信号に対応する圧力電気信号を読み出
して補正演算を行えばブリツジ回路20に加わつ
た圧力を算出することができる。
A/D変換回路29はこれらの補正演算をデイ
ジタル処理するためにいつたんアナログ信号をデ
イジタル信号に変換するために用いられるもので
ある。
なお論理演算回路30と記憶回路31とはマイ
クロコンピユータを用いてプログラミングにより
実行させることができる。
論理演算回路30からの出力信号をD/A変換
回路32によつてアナログ信号に変換すれば、そ
の後は従来の出力検出装置と同様の処理を行うこ
とができる。
なお、以上の回路で使用される素子はいずれも
低消費電力であることが必要で、例えば、基準電
源34として24V DCを用い負荷抵抗35に最内
500Ωを使用して4〜20mA DCの出力電流を得
ようとすれば、この内部回路の全消費電力が約50
mW以下になるようなものを構成素子として選ぶ
のが良い。
第3図はこの発明の他の実施例を示す回路図で
ある。
なお第2図と同一部分は同一符号を付して示し
てある。第2図の実施例では、印加される圧力の
絶対値を検出する圧力差圧伝送器の場合を示した
が、静圧に対する差圧を検出する場合には、静圧
に対する誤差を補正する必要がある。
そのため伝送器本体内の一部に静圧力に対して
感知する第2の感圧素子36,37を設け、感圧
素子21および22の近傍に設置して第2の圧力
検出回路38を構成し、第1の圧力検出回路20
の出力をこの出力によつて補正する必要がある。
この場合にも第2図において説明したと同様に
予め差圧を検出する第1の圧力検出回路20の出
力と静圧力との関係を求めておいて、これを記憶
回路31に記憶させておいて、前置増幅回路39
を介してブリツジ回路38の出力によりこれに対
応する圧力情報を記憶回路31から読み出して論
理演算回路30により補正演算を行つて静圧誤差
のない信号を算出して出力することができる。
なお第2図、第3図において圧力検出回路や温
度検出回路における出力電圧の発生をブリツジ回
路を用いて行つた場合を説明したが、ブリツジ回
路のみに限定されるものではない。
発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、圧力と
静圧力と温度とに対する第1の圧力検出回路の出
力電気信号の関係をあらかじめ記憶しておき、第
1の圧力検出回路と第2の圧力検出回路と温度検
出回路の出力電気信号に応答してあらかじめ記憶
されているものの中から対応する圧力電気信号を
読み出して第1の感圧素子に加わつた圧力を論理
演算し、然る後に、この論理演算の結果をアナロ
グ電気信号に変換して2線式で出力するようにし
たので、圧力に対する出力特性の非直線性や温度
誤差を、回路素子を選択したり、調整したりして
補正する必要がなくなるため、上記各々の感圧素
子の出力信号の補正に要する労力を大幅に低減で
きる等、補正工程が簡略化できるという利点があ
る。
さらに感圧素子や感温素子の再現性が良好であ
れば長期間使用しても常に補正された適正な出力
信号が得られる。
また従来の回路では感圧素子の特性に個体差が
大きい場合には補正できずにその感圧素子が使用
できない場合が生じたが、この発明によれば常に
個々の感圧素子の特性に合わせた補正ができるの
で感圧素子の歩留りが大幅に向上するという利点
がある。
さらにまた、この発明では全ての回路の1つの
ケース内に収納しているので、伝送器の使用上、
保守上などの取扱が簡易適確に行える。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の2線式圧力差圧伝送器の構成を
示す回路図、第2図はこの発明の一実施例を示す
回路図、第3図はこの発明の他の実施例を示す回
路図である。 20……第1の圧力検出回路、21,22……
感圧素子、23……温度検出回路、24……感温
素子、29……A/D変換回路、30……論理演
算回路、31……記憶回路、32……D/A変換
回路、33……電圧・電流変換制御回路、36,
37……第2の感圧素子、38……第2の圧力検
出回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 圧力変化を抵抗変化に変換する第1の感圧素
    子を含み、圧力変化を電気信号の変化として出力
    する第1の圧力検出回路と、 前記第1の感圧素子の近傍に設置された第2の
    感圧素子により静圧力を電気信号として出力する
    第2の圧力検出回路と、 前記第1の感圧素子の近傍に設置された感温素
    子により前記第1の感圧素子の近傍温度変化を電
    気信号として出力する温度検出回路と、 前記圧力と前記静圧力と前記温度とに対する前
    記第1の圧力検出回路の出力電気信号の関係をあ
    らかじめ記憶しておく記憶回路と、 前記第1の圧力検出回路と前記第2の圧力検出
    回路と前記温度検出回路の出力電気信号に応答し
    て前記記憶回路から対応する圧力電気信号を読み
    出して前記第1の感圧素子に加わつた圧力を演算
    する論理演算回路と、 前記論理演算回路の出力信号をアナログ電気信
    号に変換しそのアナログ電気信号を2線式で出力
    する回路と、 を備え、前記全ての回路の1つのケース内に収納
    した2線式圧力差圧伝送器。 2 前記第1の圧力検出回路および前記第2の圧
    力検出回路は、それぞれ前記第1の感圧素子およ
    び前記第2の感圧素子を少なくとも1つの板に含
    むように構成したブリツジ回路である特許請求の
    範囲第1項記載の2線式圧力差圧伝送器。
JP21432581A 1981-12-26 1981-12-26 2線式圧力差圧伝送器 Granted JPS58114199A (ja)

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