JPH03148030A - Pressure measuring apparatus - Google Patents

Pressure measuring apparatus

Info

Publication number
JPH03148030A
JPH03148030A JP28821189A JP28821189A JPH03148030A JP H03148030 A JPH03148030 A JP H03148030A JP 28821189 A JP28821189 A JP 28821189A JP 28821189 A JP28821189 A JP 28821189A JP H03148030 A JPH03148030 A JP H03148030A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
resistor
pressure
circuit
diaphragm
changes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP28821189A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuaki Takami
高見 一昭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP28821189A priority Critical patent/JPH03148030A/en
Publication of JPH03148030A publication Critical patent/JPH03148030A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To make it possible to read pressure simply by providing a single-shot multivibrator circuit whose oscillating frequency is changed with the changes in resistance values of a plurality of strain gages that are arranged on a diaphragm. CONSTITUTION:A diaphragm part 1a is formed on one surface of a silicon chip 1. Gage resistor parts 4 (4a - 4c) are formed on the other surface of the chip 1. Aluminum electrodes 3a - 3e are formed on the side surfaces of the resistor parts 4. The electrodes 3a and 3d, 3c and 3b and 3d and 3e form the electrodes of the electrode parts 4, respectively. The electric circuits form a triangular-wave generating circuit by using resistors R1 - R3 at the resistor parts 4. The +input terminal of an operational amplifier OP5 is grounded through the resistor R1 and connected to one end es of a Zener diode ZD2 through the resistor R2. One end es is connected to the output terminal of the OP5 through the resistor R5 and also connected to the +input terminal of an operation amplifier OP6 through a delay circuit comprising the resistor R3 and a capacitor C. Thus the triangular wave can be generated at an output terminal et of the OP6 in the triangular-wave generating circuit such as this.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、半導体ストレインゲージを組合わせたダイヤ
フラム型圧力センサを利用して圧力を測定する圧力測定
装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a pressure measuring device that measures pressure using a diaphragm type pressure sensor combined with a semiconductor strain gauge.

〈従来の技術〉 圧力センサの一種として、歪みが発生すると抵抗が変化
する素子(ストレインゲージ)を用いたものが市販され
ている。この圧力センサは、ダイヤフラムに4つのスト
レインゲージを形成し、ブリッジ形回路構成にしたもの
で、圧力を加えると、ストレインゲージの抵抗が変化す
るものである。
<Prior Art> As a type of pressure sensor, one using an element (strain gauge) whose resistance changes when strain occurs is commercially available. This pressure sensor has four strain gauges formed on a diaphragm and has a bridge-type circuit configuration, and when pressure is applied, the resistance of the strain gauges changes.

ブリッジに定電流を流して抵抗の変化による電圧の変化
を検出することができる(特公昭68−58933号公
報参照)。
By passing a constant current through the bridge, it is possible to detect changes in voltage due to changes in resistance (see Japanese Patent Publication No. 68-58933).

上記ストレインゲージは、金属で形成することも可能で
あるが、圧力に対する電圧の変化係数が大きな半導体で
形成されたものがよく利用されているため、以下、半導
体ストレインゲージを用いた圧力センサを想定して説明
を進める。
The strain gauges mentioned above can be made of metal, but those made of semiconductors, which have a large coefficient of change in voltage with respect to pressure, are often used, so below we will assume a pressure sensor using a semiconductor strain gauge. and proceed with the explanation.

上記電圧の変化を検出する従来の回路を第4図に示す(
[トランジスタ技術J pp、 470−481゜^p
ril 1989)。抵抗ROおよびツェナーダイオー
ドZDLで作られる定電圧を基にして演算増幅器OPI
から、ストレインゲージの抵抗R1−R4で構成される
ブリッジBDの1端c、dに定電流11Nを流しく電流
I INの最適値は圧力センサの規格に応じて定まって
いる)、ブリッジBDの他の二端e、f間の電圧V、を
測定する。なお、圧力の定格範囲(測定精度が補償され
ている圧力範囲)に対応する電圧Vsの変動範囲をスパ
ン電圧と定義する。
A conventional circuit for detecting the above voltage change is shown in Figure 4 (
[Transistor Technology J pp, 470-481゜^p
ril 1989). Operational amplifier OPI is based on the constant voltage created by resistor RO and Zener diode ZDL.
From this, the optimum value of the current IIN that causes a constant current of 11N to flow through one end c and d of the bridge BD, which is composed of the strain gauge resistors R1-R4, is determined according to the pressure sensor standard. Measure the voltage V between the other two terminals e and f. Note that the variation range of the voltage Vs corresponding to the rated pressure range (the pressure range for which measurement accuracy is compensated) is defined as a span voltage.

電圧V、は差動増幅回路DAにより増幅される。Voltage V is amplified by differential amplifier circuit DA.

差動増幅回路DAは、演算増幅器OP2.OP3、OF
2等により構成されるものである。差動増幅回路DAの
出力V a u lは、レベルメータ等により表示され
る。
The differential amplifier circuit DA includes an operational amplifier OP2. OP3, OF
It is composed of 2nd class. The output V a u l of the differential amplifier circuit DA is displayed by a level meter or the like.

〈発明が解決しようとする課題〉 上記の圧力測定装置では、抵抗温度係数が高い半導体を
用いているため、微少な圧力変化を読み取ることができ
るが、ダイヤフラムに作用している残留応力や、チップ
取付時に生じる熱歪み応力等のため、必ずオフセット電
圧(圧力−〇でも現れる電圧)Vsoが生じている。こ
のオフセット電圧の値は、圧力測定装置の構造、規格に
もよるが、スパン電圧の約10%(例えばスパン電圧1
00mVに対して10mV程度)と大きなものである。
<Problems to be Solved by the Invention> The pressure measuring device described above uses a semiconductor with a high temperature coefficient of resistance, so it is possible to read minute pressure changes, but residual stress acting on the diaphragm and chip An offset voltage (a voltage that appears even at a pressure of -0) Vso is always generated due to thermal distortion and stress generated during installation. The value of this offset voltage depends on the structure and standards of the pressure measuring device, but the value of this offset voltage is approximately 10% of the span voltage (for example, the span voltage
00 mV), which is large.

また、同一構造、規格の圧力測定装置であってもばらつ
きがある。
Furthermore, even pressure measuring devices with the same structure and standard have variations.

したがって、第3図に示す可変抵抗器VRI等をブリッ
ジBDの出力側または入力端(図では出力側)に設け、
製作、点検等の時に圧力測定装置ごとに個々にオフセッ
ト調整する必要があるので、手間がかかるという問題が
あった。
Therefore, a variable resistor VRI etc. shown in FIG. 3 is provided on the output side or input end (output side in the figure) of the bridge BD,
There is a problem in that it is time-consuming because it is necessary to individually adjust the offset for each pressure measuring device during manufacturing, inspection, etc.

なお、オフセット調整をしないで、電圧読取針において
電圧V、を読取る時に、圧力−Oの時の電圧v5oの読
みを強制的に0にする(リセットをかける)という方法
も考えられるが、電圧V5゜が電圧読取針のリセット可
能範囲を超えた場合にはリセットができなくなる。また
、オフセット調整をしないので、ダイナミックレンジ(
読み取れる圧力変動幅)が小さくなる。
In addition, when reading the voltage V with the voltage reading needle without adjusting the offset, it is possible to force the reading of the voltage v5o at pressure -O to 0 (applying a reset), but the voltage V5 If ゜ exceeds the resettable range of the voltage reading needle, it will not be possible to reset. Also, since there is no offset adjustment, the dynamic range (
(readable pressure fluctuation width) becomes smaller.

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、半
導体ストレインゲージを組合わせたダイヤフラム型圧力
センサを利用して圧力測定を行う圧力測定装置調整であ
って、調整の手間が省けるものを提供することを目的と
する。
The present invention has been made in view of the above problems, and is an adjustment of a pressure measuring device that measures pressure using a diaphragm type pressure sensor combined with a semiconductor strain gauge, which saves the effort of adjustment. The purpose is to provide.

〈課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための本発明の圧力測定装置は、
複数個のストレインゲージをダイヤフラムに配置し、上
記複数個のストレインゲージの抵抗値変化により発振周
波数が変化する無安定マルチバイブレーク回路を設けた
ものである。
<Means for Solving the Problems> The pressure measuring device of the present invention for achieving the above object has the following features:
A plurality of strain gauges are arranged on a diaphragm, and an astable multi-vibration break circuit is provided in which the oscillation frequency changes according to a change in the resistance value of the plurality of strain gauges.

〈作用〉 上記の方法によれば、加圧によるストレインゲージの抵
抗値の変化を、無安定マルチバイブレータ回路発振周波
数の変化として捕らえ、この周波数の変化からダイヤフ
ラムにかかる圧力の変化を測定することができる。
<Operation> According to the above method, changes in the resistance value of the strain gauge due to pressurization can be captured as changes in the astable multivibrator circuit oscillation frequency, and changes in the pressure applied to the diaphragm can be measured from this frequency change. can.

〈実施例〉 以下実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。<Example> Embodiments will be described in detail below with reference to the accompanying drawings showing embodiments.

第1図(a)は、3つのストレインゲージ抵抗R1〜R
3を用いた圧力測定ペレットを示す斜視図、第1図(b
)はX−X線断面図である。
Figure 1(a) shows three strain gauge resistors R1 to R.
A perspective view showing a pressure measurement pellet using 3, Fig. 1 (b
) is a sectional view taken along line X-X.

圧力測定ベレットは、直方体形状に切断形成したシリコ
ンチップ1の片面を薄くくりぬいてグイヤフラム部1a
を形成している。ダイヤフラム部1aの外周はリム部1
bとなっている。
The pressure measuring bellet is made by hollowing out one side of a silicon chip 1 cut into a rectangular parallelepiped shape and forming a guyafram part 1a.
is formed. The outer periphery of the diaphragm part 1a is the rim part 1
b.

シリコンチップ1の他面には、不純物を拡散させた3つ
のゲージ抵抗部4a〜4cが形成され、各ゲージ抵抗部
4a〜4c側面には細長いリード線を介してそれぞれア
ルミ電極3a〜3eが形成されている。アルミ電極3a
、3dはゲージ抵抗部4aの電極を構成し、アルミ電極
3c、3bはゲージ抵抗部4bの電極を構成し、アルミ
電極3d、3eはゲージ抵抗部4cの電極を構成する。
Three gauge resistance parts 4a to 4c with impurities diffused therein are formed on the other surface of the silicon chip 1, and aluminum electrodes 3a to 3e are formed on the side surfaces of each of the gauge resistance parts 4a to 4c via elongated lead wires, respectively. has been done. Aluminum electrode 3a
, 3d constitute electrodes of the gauge resistance section 4a, aluminum electrodes 3c and 3b constitute electrodes of the gauge resistance section 4b, and aluminum electrodes 3d and 3e constitute electrodes of the gauge resistance section 4c.

アルミ電極3dが共通なのは、回路構成(第2図参照)
を考慮したためである。
What aluminum electrode 3d has in common is the circuit configuration (see Figure 2).
This is because we took into account.

第2図は上記圧力ベレットを使用した圧力測定装置の電
気回路図を示す。この電気回路は、各ゲージ抵抗部4a
〜4Cの抵抗R1〜R3を使用した三角波発生回路とな
っている。なお、抵抗R1〜R3は、圧力の一方向の変
化に対して全て同一の方向に変化するという特性を有し
ている。
FIG. 2 shows an electrical circuit diagram of a pressure measuring device using the pressure pellet described above. This electric circuit consists of each gauge resistance section 4a.
This is a triangular wave generation circuit using resistors R1 to R3 of ~4C. Note that the resistors R1 to R3 have a characteristic that they all change in the same direction in response to a change in pressure in one direction.

演算増幅器OP5の十入力端子は抵抗R1を通して接地
され、かつ、抵抗R2を通してツエナーダイオードZD
2の一端e5にも接続されている。
The input terminal of operational amplifier OP5 is grounded through resistor R1, and connected to Zener diode ZD through resistor R2.
It is also connected to one end e5 of 2.

ツェナーダイオードZD2の開端e、は、抵抗R5を通
して、演算増幅器OP5の出力端子に接続されるととも
に、抵抗R3、キャパシタCの遅延回路を通して、他の
演算増幅器OP6の十入力端子に接続されている。演算
増幅器OP6の十入力端子は可変抵抗VR2を通して演
算増幅器OP6の出力端子e、に接続されている。端子
etは演算増幅器OP5の一入力端子に接続されるとと
もに、抵抗RD、R,で分割され、演算増幅器OP6の
一入力端子に接続される。
The open end e of the Zener diode ZD2 is connected to the output terminal of the operational amplifier OP5 through a resistor R5, and is also connected to the input terminal of another operational amplifier OP6 through a delay circuit including a resistor R3 and a capacitor C. The input terminal of the operational amplifier OP6 is connected to the output terminal e of the operational amplifier OP6 through a variable resistor VR2. The terminal et is connected to one input terminal of the operational amplifier OP5, divided by resistors RD, R, and connected to one input terminal of the operational amplifier OP6.

上記三角波発生回路によれば、上記抵抗R3、キャパシ
タCの遅延回路の特性と正帰還の効果とを併用すること
によって、演算増幅器OP8の出力端子e、に三角波を
発生させることができる。
According to the triangular wave generation circuit, by using the delay circuit characteristics of the resistor R3 and capacitor C together with the positive feedback effect, a triangular wave can be generated at the output terminal e of the operational amplifier OP8.

端子elに現れる三角波の形は、 e+ −2es r (e”’−1)/R3Cとなる。The shape of the triangular wave appearing at terminal el is It becomes e+ -2es r (e"'-1)/R3C.

ただし、 r−R3VH2C/ (R3−VH2)である。however, r-R3VH2C/(R3-VH2).

上の式から、VH2の値をR3よりも小さくすると指数
が正になり、VH2の値をR3よりも大きくすると指数
が負になることが分かる。また、可変抵抗VR2を調整
してVH2−R3とすれば、リニアに変化する三角波と
なり、その周波数fは、f −1/4KVR2C となる。ただし、K−R1/ (RI+R2)である。
From the above equation, it can be seen that when the value of VH2 is made smaller than R3, the exponent becomes positive, and when the value of VH2 is made larger than R3, the exponent becomes negative. Further, if the variable resistor VR2 is adjusted to VH2-R3, a triangular wave that changes linearly will be obtained, and its frequency f will be f -1/4KVR2C. However, K-R1/(RI+R2).

上記三角波の形を第3図に示す。波形e、。は、VH2
−R3とした場合の、リニアに変化する三角波、波形e
、は、VH2<R3とした場合の、正の指数で変化する
三角波、波形e、2は、VH2>R3とした場合の、負
の指数で変化する三角波である。
The shape of the above triangular wave is shown in FIG. Waveform e. is VH2
-Linearly changing triangular wave, waveform e when set to R3
, is a triangular wave that changes with a positive index when VH2<R3, and waveform e,2 is a triangular wave that changes with a negative index when VH2>R3.

ここで、圧力を印加しない場合、抵抗値R1,R2、R
3が全て等しいとする。
Here, when no pressure is applied, the resistance values R1, R2, R
Assume that all 3 are equal.

R1−R2−R3−R と表記すると、三角波がリニアに変化する条件では、周
波数fOは、 fo −1/2RC となる。
When expressed as R1-R2-R3-R, under conditions where the triangular wave changes linearly, the frequency fO becomes fo -1/2RC.

圧力が変化して、 R1−R2−R3子R+ΔR となったとすると、加圧下での周波数fPは、fp=1
/2(R+ΔR) C となり、波形の周波数が加圧により変化したことになる
If the pressure changes and becomes R1-R2-R3 R+ΔR, the frequency fP under pressure is fp=1
/2(R+ΔR) C , which means that the frequency of the waveform has changed due to pressurization.

したがって、周波数カウンタを用いて、それぞれの周波
数fo、fpを読取り、その差Δf−1/2RC−1/
2 (R+ΔR) C−ΔR/2CR2 を求めれば、印加圧力が求まる。したがって、従来のよ
うな構成の複雑な差動増幅回路を使用しなくともよい。
Therefore, use a frequency counter to read the respective frequencies fo and fp, and the difference Δf-1/2RC-1/
2 (R+ΔR) C−ΔR/2CR2 The applied pressure can be determined. Therefore, there is no need to use a differential amplifier circuit with a complicated configuration like the conventional one.

また、従来では、印加圧力−〇の時にV、、、−Oとな
るようにオフセット調節をしていたが、本実施例ではオ
フセット調整の必要がない。
Furthermore, in the past, offset adjustment was performed so that the applied pressure becomes V, . . . -O when the applied pressure is -0, but this embodiment does not require offset adjustment.

上記実施例において、印加圧力を表示しようと思えば、
周波数foの発振回路を用意し、この周波数fOと加圧
時の周波数f、とを比較し、その周波数差Δfを表示す
るようにすればよい。
In the above example, if you want to display the applied pressure,
An oscillation circuit with a frequency fo may be prepared, this frequency fO may be compared with a frequency f during pressurization, and the frequency difference Δf may be displayed.

〈発明の効果〉 以上のように、本発明の圧力測定装置によれば、ストレ
インゲージを抵抗器として利用した無安定マルチバイブ
レーク回路を設け、上記抵抗器の変化による無安定マル
チバイブレータ回路の発振周波数の変化を利用すること
により、複雑なオフセット調整作業をしなくとも、圧力
を簡単に読取ることができる。
<Effects of the Invention> As described above, according to the pressure measuring device of the present invention, an astable multi-vibrator circuit using a strain gauge as a resistor is provided, and the oscillation frequency of the astable multi-vibrator circuit is controlled by changes in the resistor. By utilizing changes in the pressure, the pressure can be easily read without the need for complicated offset adjustment work.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(a)は圧力測定装置に使用される圧力測定ペレ
ットの斜視図、 第1図(b)は圧力測定ペレットの断面図、第2図は無
安定マルチバイブレーク回路の一実施例を示す電気回路
図、 第3図は第1図の回路により発生する三角波を示すグラ
フ、 第4図は従来の圧力測定装置の回路図である。 4a〜4C・・・ストレインゲージ R1〜R3・・・ス]・レインゲージの抵抗器 0
Fig. 1(a) is a perspective view of a pressure measuring pellet used in a pressure measuring device, Fig. 1(b) is a sectional view of the pressure measuring pellet, and Fig. 2 shows an example of an astable multivibration circuit. FIG. 3 is a graph showing a triangular wave generated by the circuit of FIG. 1; FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional pressure measuring device. 4a~4C...Strain gauge R1~R3...S]・Rain gauge resistor 0

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、半導体ストレインゲージを組合わせた ダイヤフラム型圧力センサを利用して圧 力測定を行う圧力測定装置において、 ダイヤフラムに配置された複数個のス トレインゲージと、上記複数個のストレ インゲージの抵抗値変化により発振周波 数が変化する無安定マルチバイブレータ 回路とを具備することを特徴とする圧力 測定装置。[Claims] 1. Combined with semiconductor strain gauge Pressure is measured using a diaphragm pressure sensor. In a pressure measuring device that measures force, Multiple strips placed on the diaphragm train gauge and the above multiple strains. The oscillation frequency changes due to changes in the resistance value of the in-gauge. Astable multivibrator with variable number A pressure circuit comprising: measuring device.
JP28821189A 1989-11-06 1989-11-06 Pressure measuring apparatus Pending JPH03148030A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28821189A JPH03148030A (en) 1989-11-06 1989-11-06 Pressure measuring apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28821189A JPH03148030A (en) 1989-11-06 1989-11-06 Pressure measuring apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH03148030A true JPH03148030A (en) 1991-06-24

Family

ID=17727261

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP28821189A Pending JPH03148030A (en) 1989-11-06 1989-11-06 Pressure measuring apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH03148030A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006200940A (en) * 2005-01-18 2006-08-03 Japan Atom Power Co Ltd:The Strain measurement sensor and valve open-and-close detection sensor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006200940A (en) * 2005-01-18 2006-08-03 Japan Atom Power Co Ltd:The Strain measurement sensor and valve open-and-close detection sensor
JP4496095B2 (en) * 2005-01-18 2010-07-07 日本原子力発電株式会社 Valve open / close detection sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0546488B2 (en)
JPH0719807A (en) Distortion amount detecting device and driving circuit and amplification circuit for it
US5033300A (en) Device for measuring displacement
JPH04232436A (en) Automatic transducer selecting system for measuring pressure
CN108036804A (en) A kind of device adjusted for resistance strain gage output
CN110319971A (en) A kind of bipolar condenser type vacuum meter and its corresponding measuring circuit
JPH03148030A (en) Pressure measuring apparatus
CN207991561U (en) A kind of device adjusted for resistance strain gage output
US7260996B2 (en) Pressure measuring apparatus and pressure sensor thereof
CN104299483A (en) Bridge type Young modulus combined instrument
US4213087A (en) Method and device for testing electrical conductor elements
JPH0515975B2 (en)
EP0157533A2 (en) Pressure measuring apparatus, e.g. a barometer
EP0139370A1 (en) Piezoresistive transducer
JPS62298736A (en) Rubber plate for measuring pressure distribution
JP3355341B2 (en) Semiconductor pressure sensor
JP2864700B2 (en) Semiconductor pressure sensor and method of manufacturing the same
JPH05107090A (en) Differential pressure flowermeter
JPH0634309A (en) Graphite structure distortion factor measuring sensor
JP3081353B2 (en) Pressure sensor
WO1998015809A1 (en) Semiconductor sensor having diagnostic function and diagnostic method for semiconductor sensor
JPH04307331A (en) Complex sensor
SU1737291A1 (en) Pressure sensor
Katageri et al. Comparative Analysis of Diaphragm for the Design of High Sensitive Piezoresistive Pressure Sensor
KR0135553B1 (en) Semiconductor type acceleration detecting device