JPH041470Y2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH041470Y2 JPH041470Y2 JP17403984U JP17403984U JPH041470Y2 JP H041470 Y2 JPH041470 Y2 JP H041470Y2 JP 17403984 U JP17403984 U JP 17403984U JP 17403984 U JP17403984 U JP 17403984U JP H041470 Y2 JPH041470 Y2 JP H041470Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gauge
- temperature
- voltage
- pressure
- output
- 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.)
- Expired
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 17
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 11
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 9
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本考案は、シリコン等の半導体単結晶の持つピ
エゾ抵抗効果を利用して圧力を電気信号に変換す
る半導体圧力変換器に係り、特に半導体圧力変換
器の温度補償を効果的に実現する半導体圧力変換
器の改良に関する。
エゾ抵抗効果を利用して圧力を電気信号に変換す
る半導体圧力変換器に係り、特に半導体圧力変換
器の温度補償を効果的に実現する半導体圧力変換
器の改良に関する。
〈従来技術〉
従来の半導体圧力変換器は、同一の半導体チツ
プ上に測定すべき圧力を検知する圧力検出素子と
半導体チツプの温度変化を検出する温度検出素子
とを形成し、この温度検出素子で測定された温度
特性を各半導体圧力変換器に対応したメモリ中に
記憶させ、この特性を用いて圧力検出素子で得た
被測定圧力に対して補正演算を実行している。
プ上に測定すべき圧力を検知する圧力検出素子と
半導体チツプの温度変化を検出する温度検出素子
とを形成し、この温度検出素子で測定された温度
特性を各半導体圧力変換器に対応したメモリ中に
記憶させ、この特性を用いて圧力検出素子で得た
被測定圧力に対して補正演算を実行している。
しかし、各半導体圧力変換器ごとに温度特性を
測定しこれを各半導体圧力変換器に固有の特徴デ
ータとして多数のデータを１体的に取扱うことは
このための調整工数の増加とコストの上昇を招く
問題がある。
測定しこれを各半導体圧力変換器に固有の特徴デ
ータとして多数のデータを１体的に取扱うことは
このための調整工数の増加とコストの上昇を招く
問題がある。
〈考案の目的〉
本考案は、前記の従来技術に鑑み、簡単な構成
で汎用性のある温度補償を実現することの出来る
半導体圧力変換器を提供することを目的とする。
で汎用性のある温度補償を実現することの出来る
半導体圧力変換器を提供することを目的とする。
〈本考案の構成〉
この目的を達成する本考案の構成は、半導体圧
力変換器に係り、結晶面が（100）の面方向の半
導体単結晶のダイヤフラムの起歪部上に不純物の
拡散により形成され被測定圧力に応答する圧力ゲ
ージと、ダイヤフラムの固定部に不純物の拡散に
より形成されダイヤフラムの温度変化に応答する
温度ゲージと、圧力ゲージの電源端に定電流が供
給されたときの出力端に発生する電圧Esiと圧力
ゲージの電源端に定電圧が供給されたときの出力
端に発生する電圧Esvと温度ゲージに定電流を供
給したときのその両端に発生する電圧ERiと基準
温度において温度ゲージの両端に発生する電圧
ERi0と定数Ｃとを用いて実質的に E0＝Esi１−ＣESV／ESi／ERi／ERiO−１ なる出力電圧E0を演算する演算手段とを具備し、
ダイヤフラムに印加される被測定圧力に対応した
出力電圧E0を出力することを特徴とするもので
ある。
力変換器に係り、結晶面が（100）の面方向の半
導体単結晶のダイヤフラムの起歪部上に不純物の
拡散により形成され被測定圧力に応答する圧力ゲ
ージと、ダイヤフラムの固定部に不純物の拡散に
より形成されダイヤフラムの温度変化に応答する
温度ゲージと、圧力ゲージの電源端に定電流が供
給されたときの出力端に発生する電圧Esiと圧力
ゲージの電源端に定電圧が供給されたときの出力
端に発生する電圧Esvと温度ゲージに定電流を供
給したときのその両端に発生する電圧ERiと基準
温度において温度ゲージの両端に発生する電圧
ERi0と定数Ｃとを用いて実質的に E0＝Esi１−ＣESV／ESi／ERi／ERiO−１ なる出力電圧E0を演算する演算手段とを具備し、
ダイヤフラムに印加される被測定圧力に対応した
出力電圧E0を出力することを特徴とするもので
ある。
〈実施例〉
第１図イは本考案の一実施例のダイヤフラムの
要部平面図、ロはセンサ部の断面図を示す。１は
ダイヤフラムであり、シリコン単結晶の一主面に
設けられた矩形状の凹部２を有し、更に凹部２の
形成により単結晶の厚さの薄くなつた起歪部３
と、その周辺の固定部４とを有している。固定部
４は連通孔５を有する基板６にガラス薄膜７を介
して陽極接合等により固定されている。起歪部３
上には第１図ハに示すようにその中心を通る縦の
結晶軸〈110〉方向に不純物の拡散により伝導形
がＰ形となる様に形成された歪ゲージG1，G2，
G4，G3がこの順序で形成されている。歪ゲージ
G1とG3に対する歪による抵抗への影響は等しく、
例えば被測定圧力Ｐの増加に対してその抵抗は共
に増加し、歪ゲージG2とG4に対する歪による抵
抗への影響は例えば上と同一の被測定圧力Ｐの増
加に対してその抵抗が同じ割合だけ減少する様な
位置に配置されている。これらの歪ゲージG1〜
G4でブリツジを形成し圧力ゲージGpを構成して
いる。
要部平面図、ロはセンサ部の断面図を示す。１は
ダイヤフラムであり、シリコン単結晶の一主面に
設けられた矩形状の凹部２を有し、更に凹部２の
形成により単結晶の厚さの薄くなつた起歪部３
と、その周辺の固定部４とを有している。固定部
４は連通孔５を有する基板６にガラス薄膜７を介
して陽極接合等により固定されている。起歪部３
上には第１図ハに示すようにその中心を通る縦の
結晶軸〈110〉方向に不純物の拡散により伝導形
がＰ形となる様に形成された歪ゲージG1，G2，
G4，G3がこの順序で形成されている。歪ゲージ
G1とG3に対する歪による抵抗への影響は等しく、
例えば被測定圧力Ｐの増加に対してその抵抗は共
に増加し、歪ゲージG2とG4に対する歪による抵
抗への影響は例えば上と同一の被測定圧力Ｐの増
加に対してその抵抗が同じ割合だけ減少する様な
位置に配置されている。これらの歪ゲージG1〜
G4でブリツジを形成し圧力ゲージGpを構成して
いる。
更に、ダイヤフラム１の被測定圧力Ｐには感知
しない固定部４には不純物の拡散により伝導形が
Ｐ形となる様に形成した温度ゲージGTが形成さ
れている。
しない固定部４には不純物の拡散により伝導形が
Ｐ形となる様に形成した温度ゲージGTが形成さ
れている。
第２図は第１図に示したセンサ部を用いて被測
定圧力Ｐをこれに対応した電圧E0に変換する変
換回路のブロツク図である。
定圧力Ｐをこれに対応した電圧E0に変換する変
換回路のブロツク図である。
歪ゲージG1〜G4で構成された圧力ゲージGpの
電源端８は温度ゲージGTの一端と接続され、そ
の他端はスイツチSW1を介して定電流源CCSの１
端に接続され、その他端は圧力ゲージGpの電源
端９に接続されている。更に電源端８はスイツチ
SW2を介して定電圧源CVSの１端に接続され、
その他端は電源端９に接続されている。温度ゲー
ジGTの両端はスイツチSW3を介して増幅器Q1の
入力端に接続されている。圧力ゲージGpの出力
端１０，１１はスイツチSW4を介して増幅器Q2
の入力端に接続され、同様にスイツチSW5を介し
て増幅器Q3の入力端に接続されている。これ等
のスイツチSW1〜SW5は発振器OSCにより制御
される。スイツチ群SW1，SW5は同時に発振器
OSCにより開閉され、スイツチ群SW2，SW3，
SW4も同時に開閉されるが、これ等のスイツチ群
は互いに相補的に動作する。
電源端８は温度ゲージGTの一端と接続され、そ
の他端はスイツチSW1を介して定電流源CCSの１
端に接続され、その他端は圧力ゲージGpの電源
端９に接続されている。更に電源端８はスイツチ
SW2を介して定電圧源CVSの１端に接続され、
その他端は電源端９に接続されている。温度ゲー
ジGTの両端はスイツチSW3を介して増幅器Q1の
入力端に接続されている。圧力ゲージGpの出力
端１０，１１はスイツチSW4を介して増幅器Q2
の入力端に接続され、同様にスイツチSW5を介し
て増幅器Q3の入力端に接続されている。これ等
のスイツチSW1〜SW5は発振器OSCにより制御
される。スイツチ群SW1，SW5は同時に発振器
OSCにより開閉され、スイツチ群SW2，SW3，
SW4も同時に開閉されるが、これ等のスイツチ群
は互いに相補的に動作する。
増幅器Q1の出力端は割算器Q4の入力端に接続
され、一方、増幅器Q2とQ3の各出力端は減算器
Q5の各入力端に接続されている。割算器Q4は減
算器Q6を介してその出力端と減算器Q5の出力端
とは割算器Q7の各入力端に接続されている。割
算器Q7の出力端から出力電圧E0が得られる。な
お、割算器Q4の入力の他端には電圧ERi0が設定さ
れている。増幅器Q1〜Q3、割算器Q4，Q7および
減算器Q5，Q6などで演算回路PCCを構成してい
る。
され、一方、増幅器Q2とQ3の各出力端は減算器
Q5の各入力端に接続されている。割算器Q4は減
算器Q6を介してその出力端と減算器Q5の出力端
とは割算器Q7の各入力端に接続されている。割
算器Q7の出力端から出力電圧E0が得られる。な
お、割算器Q4の入力の他端には電圧ERi0が設定さ
れている。増幅器Q1〜Q3、割算器Q4，Q7および
減算器Q5，Q6などで演算回路PCCを構成してい
る。
以上の如く構成された第２図に示す回路の動作
につき次に説明する。
につき次に説明する。
先ず、発振器OSCによりスイツチSW1を閉じ、
圧力ゲージGpに定電流源CCSより定電流Iiを供給
する。ここで、圧力ゲージGpの出力電圧Epは、
簡単なため各歪ゲージG1〜G4の抵抗値が任意温
度ｔにおいて等しくRptであるとし、被測定圧力
Ｐによる抵抗変化が歪ゲージG1，G3が＋ΔRp、
歪ゲージG2，G4が−ΔRpとすると、次式の如く
なる。
圧力ゲージGpに定電流源CCSより定電流Iiを供給
する。ここで、圧力ゲージGpの出力電圧Epは、
簡単なため各歪ゲージG1〜G4の抵抗値が任意温
度ｔにおいて等しくRptであるとし、被測定圧力
Ｐによる抵抗変化が歪ゲージG1，G3が＋ΔRp、
歪ゲージG2，G4が−ΔRpとすると、次式の如く
なる。
Esi＝IiΔRp＝IiRpt（ΔRp／Rpt）
＝IiRpt・πpt・σp (1)
ここでσpは各ゲージG1〜G4に被測定圧力Ｐに
より作用する応力であり、Ｋを定数として σp＝KP (2) となる。各ゲージの抵抗値Rptは抵抗温度変化率
α1，α2、〜を有する温度の多項式であり、基準温
度t0での抵抗値をRp0として次式で示される。
より作用する応力であり、Ｋを定数として σp＝KP (2) となる。各ゲージの抵抗値Rptは抵抗温度変化率
α1，α2、〜を有する温度の多項式であり、基準温
度t0での抵抗値をRp0として次式で示される。
Rpt＝Rp0（１＋α1ｔ＋α2t2＋…）
ここで、温度係数の関数をｆ(t)とすると、抵抗
値Rptは次式で示される。
値Rptは次式で示される。
Rpt＝Rp0（１＋ｆ(t)） (3)
更に、ピエゾ抵抗係数πptも温度の関数であり
(3)式とは異なる温度変化率β1，β2、〜を有する温
度の多項式であり、基準温度t0でのピエゾ抵抗係
数をπp0として次式で示される。
(3)式とは異なる温度変化率β1，β2、〜を有する温
度の多項式であり、基準温度t0でのピエゾ抵抗係
数をπp0として次式で示される。
πpt＝πp0（１＋β1ｔ＋β2t2＋…）
ここで、温度係数の関数をｇ(t)とすると、ピエ
ゾ抵抗係数πptは次式で示される。
ゾ抵抗係数πptは次式で示される。
πpt＝πp0（１＋ｇ(t)） (4)
式
(1)に(2)、(3)、(4)式を代入すると、
Esi＝IiRp0πp0KP(1+f(t))(1+g(t)) (5)
Ii、Rp0、πp0およびＫはそれぞれ一定であるの
でＡ＝IiRp0πp0Ｋとして定数として扱うと、(5)式
は Esi＝AP（１＋ｆ(t)）（１＋ｇ(t)） (6) となる。この電圧EsiはスイツチSW4を介して増
幅器Q2に入力される。
でＡ＝IiRp0πp0Ｋとして定数として扱うと、(5)式
は Esi＝AP（１＋ｆ(t)）（１＋ｇ(t)） (6) となる。この電圧EsiはスイツチSW4を介して増
幅器Q2に入力される。
次に、温度ゲージGTにも定電流源CCSより定
電流Iiが供給されているので、温度ゲージGTの出
力電圧ERiは温度ゲージGTの抵抗値をRTtとし、基
準温度t0での抵抗値をRT0とすると次式となる。
電流Iiが供給されているので、温度ゲージGTの出
力電圧ERiは温度ゲージGTの抵抗値をRTtとし、基
準温度t0での抵抗値をRT0とすると次式となる。
ERi＝IiRTt (7)
温度ゲージGTの抵抗値RTtの温度依存性は(3)式
と同様の影響となるので、次式の如くなる。
と同様の影響となるので、次式の如くなる。
RTt＝RT0（１＋ｆ(t)） (8)
これを(7)式に代入して、
ERi＝IiRT0（１＋ｆ(t)） (9)
となる。ここでIiRT0は基準温度における温度ゲ
ージGTの出力電圧ERi0を示しているので、これを
(9)式に代入して ERi＝ERi0（１＋ｆ(t)） (10) となる。この電圧ERiはスイツチSW3を介して増
幅器Q1に入力される。
ージGTの出力電圧ERi0を示しているので、これを
(9)式に代入して ERi＝ERi0（１＋ｆ(t)） (10) となる。この電圧ERiはスイツチSW3を介して増
幅器Q1に入力される。
次に発振器OSCよりスイツチSW1をオフとし、
スイツチSW2，SW5をオンとする。この状態では
圧力ゲージGpの電源端８，９間に定電圧源CVS
より定電圧Vsが印加される。このとき出力端１
０，１１間に得られる出力電圧Esvは、簡単なた
め(1)式の導入のときの条件と同じにすると、 Esv＝Vs／Rpt・ΔRp ＝Vs（ΔRp／Rpt）＝Vsπptσp （11） となる。（11）式に(4)式、(2)式を代入すると、 Esv＝VsπP0（１＋ｇ(t)）KP （12） となる。Vsπp0Ｋは定数であるのでＢ（一定）とお
くと（12）式は次式となる。
スイツチSW2，SW5をオンとする。この状態では
圧力ゲージGpの電源端８，９間に定電圧源CVS
より定電圧Vsが印加される。このとき出力端１
０，１１間に得られる出力電圧Esvは、簡単なた
め(1)式の導入のときの条件と同じにすると、 Esv＝Vs／Rpt・ΔRp ＝Vs（ΔRp／Rpt）＝Vsπptσp （11） となる。（11）式に(4)式、(2)式を代入すると、 Esv＝VsπP0（１＋ｇ(t)）KP （12） となる。Vsπp0Ｋは定数であるのでＢ（一定）とお
くと（12）式は次式となる。
Esv＝BP（１＋ｇ(t)） （13）
この出力電圧Esvは発振器OSCにより制御され
たスイツチSW5を介して増幅器Q3に入力される。
たスイツチSW5を介して増幅器Q3に入力される。
以上の(6)式、(10)式、および（13）式で示される
各出力電圧に基づいて演算回路PCCにより次の
様にして温度の影響を除去する演算がなされる。
各出力電圧に基づいて演算回路PCCにより次の
様にして温度の影響を除去する演算がなされる。
(10)式より
ｆ(t)＝ERi／ERi0−１ （14）
（13）式より
ｇ(t)＝Esv／BP−１ （15）
(6)式より、ｆ(t)ｇ(t)≪１として
Esi＝AP（１＋ｆ(t)）（１＋ｇ(t)）
≒AP（１＋ｆ(t)＋ｇ(t)） （16）
（16）式に（14）、（15）式を代入して
EsiAP＝（ERi／ERi0＋Esv／BP−１）
ここでＡ／Ｂ＝Ｃ、E0＝APとおくと
E0＝Esi１−ＣESV／ESi／ERi／ERiO−１ （17）
となる。この式を変形して、
E0＝Esi−CEsv／ERi／ERiO−１ （18）
の演算を演算回路PCCにおいて演算する。演算
回路PCCにおいては、演算器Q4で増幅器Q1（簡単
のため利得１とする）の出力電圧ERiと設定電圧
ERi0との比ERi／ERi0をとる割算を実行し、その出
力に対して減算器Q6で１を減算する演算をして
（ERi／ERi0）−１なる出力を割算器Q7に入力する。
一方、増幅器Q2（簡単のための利得１とする）の
出力電圧Esiと増幅器Q3（利得Ｃ）の出力電圧CEsv
とを減算器Q5で減算しEsi−CEsvなる出力を出す。
割算器Q7では減算器Q6の出力と減算器Q5の出力
との比をとることにより（17）式の演算結果が得
られる。
回路PCCにおいては、演算器Q4で増幅器Q1（簡単
のため利得１とする）の出力電圧ERiと設定電圧
ERi0との比ERi／ERi0をとる割算を実行し、その出
力に対して減算器Q6で１を減算する演算をして
（ERi／ERi0）−１なる出力を割算器Q7に入力する。
一方、増幅器Q2（簡単のための利得１とする）の
出力電圧Esiと増幅器Q3（利得Ｃ）の出力電圧CEsv
とを減算器Q5で減算しEsi−CEsvなる出力を出す。
割算器Q7では減算器Q6の出力と減算器Q5の出力
との比をとることにより（17）式の演算結果が得
られる。
以上の如くして、温度の影響が除去された被測
定圧力Ｐに対応した出力電圧E0が得られる。
定圧力Ｐに対応した出力電圧E0が得られる。
第３図イは圧力ゲージとしてせん断形ゲージを
用いた場合の歪ゲージの配置を示した要部平面
図、ロはせん断形ゲージの構成を拡大して示した
拡大図である。以下、第１図，第２図に示した部
分と同一の機能を有する部分には同一の符号を付
し、重複する説明を省略する。
用いた場合の歪ゲージの配置を示した要部平面
図、ロはせん断形ゲージの構成を拡大して示した
拡大図である。以下、第１図，第２図に示した部
分と同一の機能を有する部分には同一の符号を付
し、重複する説明を省略する。
第３図イにおいて、起歪部３上にその中心を通
る結晶軸〈110〉方向に対して45°方向の〈100〉
軸の方向にせん断形ゲージで構成された圧力ゲー
ジGpsが不純物の拡散により伝導形がＰ形として
形成されている。ダイヤフラム１には上部より被
測定圧力Ｐが印加され歪を生じさせ、これを圧力
ゲージGpsで電圧の変化として検出する。
る結晶軸〈110〉方向に対して45°方向の〈100〉
軸の方向にせん断形ゲージで構成された圧力ゲー
ジGpsが不純物の拡散により伝導形がＰ形として
形成されている。ダイヤフラム１には上部より被
測定圧力Ｐが印加され歪を生じさせ、これを圧力
ゲージGpsで電圧の変化として検出する。
圧力ゲージGpsは第３図ロに示す様にゲージ長
がｌでゲージ幅がｗでありこの長手方向に電源端
８，９が形成され、ここに電圧又は電流が印加さ
れる。被測定圧力Ｐがダイヤフラム１に与えられ
るとこれによつて生じたせん断応力τpに対応した
電圧がゲージ長ｌのほぼ中央に形成された出力端
１０，１１から得られる。
がｌでゲージ幅がｗでありこの長手方向に電源端
８，９が形成され、ここに電圧又は電流が印加さ
れる。被測定圧力Ｐがダイヤフラム１に与えられ
るとこれによつて生じたせん断応力τpに対応した
電圧がゲージ長ｌのほぼ中央に形成された出力端
１０，１１から得られる。
第４図は第３図に示したせん断形の圧力ゲージ
Gpsを用いて被測定圧力Ｐをこれに対応した電圧
E′0に変換する変換回路のブロツク図である。第
２図における各出力電圧Esi，Esv、およびERiに対
応する電圧を第２図の場合と同じ様に第４図の場
合も信号処理をするので、その構成および動作の
説明は省略する。
Gpsを用いて被測定圧力Ｐをこれに対応した電圧
E′0に変換する変換回路のブロツク図である。第
２図における各出力電圧Esi，Esv、およびERiに対
応する電圧を第２図の場合と同じ様に第４図の場
合も信号処理をするので、その構成および動作の
説明は省略する。
次に、各出力電圧Esi，Esv、およびERiに対応す
る電圧E′si，E′sv、およびE′Riがせん断形ゲージを
用いた圧力ゲージGpsにおいても同様な形で得ら
れる点につき、以下に説明する。
る電圧E′si，E′sv、およびE′Riがせん断形ゲージを
用いた圧力ゲージGpsにおいても同様な形で得ら
れる点につき、以下に説明する。
先ず、発振器OSCよりスイツチSW1を閉じ、
圧力ゲージGpsより定電流源CCSにより定電流Iiを
供給する。任意温度ｔにおける圧力ゲージGpsの
単位厚みの抵抗率、即ちシート抵抗をRspt、せん
断ピエゾ抵抗係数をπ〓pt、せん断応力をτpとすれ
ば、その出力電圧E′siは E′si＝IiRspt（ΔRspt／Rspt） ＝IiRsptπ〓ptτp （19） で示すことができる。基準温度t0でのシート抵抗
をRsp0、せん断ピエゾ抵抗係数をπ〓p0とすれば、 Rspt＝Rsp0（１＋ｆ(t)） （20） π〓pt＝πp0（１＋ｇ(t)） （21） となる。ここでｆ(t)、ｇ(t)は(3)式および(4)式で示
されるものと同じである。
圧力ゲージGpsより定電流源CCSにより定電流Iiを
供給する。任意温度ｔにおける圧力ゲージGpsの
単位厚みの抵抗率、即ちシート抵抗をRspt、せん
断ピエゾ抵抗係数をπ〓pt、せん断応力をτpとすれ
ば、その出力電圧E′siは E′si＝IiRspt（ΔRspt／Rspt） ＝IiRsptπ〓ptτp （19） で示すことができる。基準温度t0でのシート抵抗
をRsp0、せん断ピエゾ抵抗係数をπ〓p0とすれば、 Rspt＝Rsp0（１＋ｆ(t)） （20） π〓pt＝πp0（１＋ｇ(t)） （21） となる。ここでｆ(t)、ｇ(t)は(3)式および(4)式で示
されるものと同じである。
（20）、（21）式を（19）式に代入して、
E′si＝IiRsp0πp0τp(1+f(t))(1+g(t)) （22）
であり、τp＝K′P（K′：一定）、A′＝IiRsp0πp0K′
と
おけば、 E′si＝A′P（１＋ｆ(t)）（１＋ｇ(t)） （23） となる。この出力電圧E′siはスイツチSW4を介し
て増幅器Q2に入力される。この出力電圧E′siは温
度の関数を含む被測定圧力Ｐに対応した出力であ
る。
と
おけば、 E′si＝A′P（１＋ｆ(t)）（１＋ｇ(t)） （23） となる。この出力電圧E′siはスイツチSW4を介し
て増幅器Q2に入力される。この出力電圧E′siは温
度の関数を含む被測定圧力Ｐに対応した出力であ
る。
また、スイツチSW1が閉の状態では温度ゲージ
GTにも電圧が発生するが、この場合は(10)式で示
される。
GTにも電圧が発生するが、この場合は(10)式で示
される。
次に、発振器OSCよりスイツチSW1をオフと
し、スイツチSW2，SW5をオンとする。この状態
では圧力ゲージGpsの電源端８，９間に定電圧源
CVSより定電圧Vsが印加される。ここで、圧力
ゲージGpsの任意温度ｔでのシート抵抗をRsvt、
シート抵抗の単位厚みをｍ、圧力ゲージの固有抵
抗をρとすれば、 Rsvt＝ρ／ｍ で表わすことができる。
し、スイツチSW2，SW5をオンとする。この状態
では圧力ゲージGpsの電源端８，９間に定電圧源
CVSより定電圧Vsが印加される。ここで、圧力
ゲージGpsの任意温度ｔでのシート抵抗をRsvt、
シート抵抗の単位厚みをｍ、圧力ゲージの固有抵
抗をρとすれば、 Rsvt＝ρ／ｍ で表わすことができる。
また、圧力ゲージGpsの持つ抵抗値Rvtは
Rvt＝ρl／mw
で表わすことができる。これ等の関係から、
Rsvt＝WRvt／ｌ
の関係を得ることができる。この関係を定電流駆
動の式（19）にサフイツクスＰをＶに代えて代入
し、圧力ゲージGpsの任意温度ｔにおけるせん断
ピエゾ抵抗係数をπ〓vt、出力電圧をE′svとすると、 E′sv＝Ii・（WRvt／ｌ）・π〓vt・τp となる。
動の式（19）にサフイツクスＰをＶに代えて代入
し、圧力ゲージGpsの任意温度ｔにおけるせん断
ピエゾ抵抗係数をπ〓vt、出力電圧をE′svとすると、 E′sv＝Ii・（WRvt／ｌ）・π〓vt・τp となる。
ここで、電流（Ii）と抵抗（Rvt）の積（Ii・
Rvt）はとりもなおさず印加された電圧Vsを示し
ている。つまり、 Vs＝Ii・Rvt となる。これ等の関係を用いると E′sv＝（Ｗ／ｌ）Vs・π〓vt・τp ……（24） となる。印加された電圧Vsは定電圧源CVSから
供給され温度の影響を受けることはない。
Rvt）はとりもなおさず印加された電圧Vsを示し
ている。つまり、 Vs＝Ii・Rvt となる。これ等の関係を用いると E′sv＝（Ｗ／ｌ）Vs・π〓vt・τp ……（24） となる。印加された電圧Vsは定電圧源CVSから
供給され温度の影響を受けることはない。
したがつて、定電圧駆動したときの出力電圧
E′svは、ゲージの形状Ｗ、ｌに依存するが、温度
の影響はせん断ピエゾ抵抗係数π〓vtにのみ依存
し、（20）式に対応するシート抵抗の温度係数に
依存することはない。基準温度t0でのせん断ピエ
ゾ抵抗係数をπ〓v0とすれば、 π〓vt＝π〓v0（１＋ｇ(t)） （25） となるのでこれを（24）式に代入すると次式を得
る。
E′svは、ゲージの形状Ｗ、ｌに依存するが、温度
の影響はせん断ピエゾ抵抗係数π〓vtにのみ依存
し、（20）式に対応するシート抵抗の温度係数に
依存することはない。基準温度t0でのせん断ピエ
ゾ抵抗係数をπ〓v0とすれば、 π〓vt＝π〓v0（１＋ｇ(t)） （25） となるのでこれを（24）式に代入すると次式を得
る。
Esv＝ｗ／ｌVsπ〓v0（１＋ｇ(t)）τp （26）
ここで、τp＝K′Pを用いて（26）式を変形する
と、 B′＝ｗ／ｌVsπ〓v0K′ （27） となる。B′は基準温度t0において圧力ゲージGps
に定電圧Vsを供給し単位圧力を印加したときの
出力電圧を表わし、一定値をとる。そこで（27）
式は E′sv＝B′P（１＋ｇ(t)） （28） となる。
と、 B′＝ｗ／ｌVsπ〓v0K′ （27） となる。B′は基準温度t0において圧力ゲージGps
に定電圧Vsを供給し単位圧力を印加したときの
出力電圧を表わし、一定値をとる。そこで（27）
式は E′sv＝B′P（１＋ｇ(t)） （28） となる。
この出力電圧E′svは発振器OSCにより制御され
たスイツチSW5を介して増幅器Q3に入力される。
たスイツチSW5を介して増幅器Q3に入力される。
以上の（14）式、（23）式、および（28）式で
示される各出力電圧に基づいて演算回路PCCに
より次の様にして温度の影響を除去する演算がな
される。
示される各出力電圧に基づいて演算回路PCCに
より次の様にして温度の影響を除去する演算がな
される。
（28）式より
ｇ(t)＝E′sv／B′P−１ （29）
（23）式より、ｆ(t)ｇ(t)≪１として
E′si＝A′P（１＋ｆ(t)）（１＋ｇ(t)）≒AP（１＋ｆ
(t)＋ｇ(t)） （30） （30）式に（14）、（28）式を代入して E′si＝A′P（ERi／ERi0＋E′sv／B′P−１） ここでA′／B′＝C′、E′0＝A′Pとおくと E′0＝E′si１−C′ESV／ESi／ERi／ERiO−１ （31） となる。この式を変形すると（18）式と同様の形
の次式が得られる。
(t)＋ｇ(t)） （30） （30）式に（14）、（28）式を代入して E′si＝A′P（ERi／ERi0＋E′sv／B′P−１） ここでA′／B′＝C′、E′0＝A′Pとおくと E′0＝E′si１−C′ESV／ESi／ERi／ERiO−１ （31） となる。この式を変形すると（18）式と同様の形
の次式が得られる。
E′0＝E′si−C′Esv／ERi／ERiO−１ （32）
以上の如くして、温度の影響が除された被測定
圧力Ｐに対応した出力電圧E′0が得られる。
圧力Ｐに対応した出力電圧E′0が得られる。
なお、第１図または第３図に示す圧力センサに
おいて圧力ゲージGpあるいはGpsに初期応力σcが
残存する場合には、初期応力の圧力への換算係数
をKcとすれば全圧力は、（Ｐ＋Kcσc）となり、こ
れをE0＝APにおけるＰの代りに使用して（17）
式に代入すると、 AP＋AKcσc＝Esi１−ＣESV／ESi／ERi／ERiO−１（33） となるが、AKcσcは初期応力σcに基づく増幅器Q2
への入力電圧Esi0を示しているので、（33）式は
次式の如く、Esi0だけゼロ点のずれた出力となる
だけで、被測定圧力Ｐに比例した出力が得られ
る。
おいて圧力ゲージGpあるいはGpsに初期応力σcが
残存する場合には、初期応力の圧力への換算係数
をKcとすれば全圧力は、（Ｐ＋Kcσc）となり、こ
れをE0＝APにおけるＰの代りに使用して（17）
式に代入すると、 AP＋AKcσc＝Esi１−ＣESV／ESi／ERi／ERiO−１（33） となるが、AKcσcは初期応力σcに基づく増幅器Q2
への入力電圧Esi0を示しているので、（33）式は
次式の如く、Esi0だけゼロ点のずれた出力となる
だけで、被測定圧力Ｐに比例した出力が得られ
る。
E0＝Esi１−ＣESV／ESi／ERi／ERiO−１−Esi0 （34）
この関係は、第３図に示す圧力センサについて
も同じである。
も同じである。
更に、第１図に示す圧力センサにおいてダイヤ
フラム１上に不純物を拡散して歪ゲージを形成す
るが、この不純物としてはＰ形あるいはｎ形のい
ずれの伝導形式でも良い。また第３図に示す圧力
センサのせん断形の圧力ゲージGpsは伝導形がＰ
形として説明したが、ｎ形の伝導形のものでも良
い。この場合には圧力ゲージGpsの方向を〈110〉
軸に選定する。ピエゾ抵抗係数が最大となる結晶
軸の方向がＰ形とｎ形では45°異なるからである。
フラム１上に不純物を拡散して歪ゲージを形成す
るが、この不純物としてはＰ形あるいはｎ形のい
ずれの伝導形式でも良い。また第３図に示す圧力
センサのせん断形の圧力ゲージGpsは伝導形がＰ
形として説明したが、ｎ形の伝導形のものでも良
い。この場合には圧力ゲージGpsの方向を〈110〉
軸に選定する。ピエゾ抵抗係数が最大となる結晶
軸の方向がＰ形とｎ形では45°異なるからである。
第２図に示す圧力ゲージGpはフルブリツジと
して構成したが、これはハーフブリツジとしても
目的が達成できる。
して構成したが、これはハーフブリツジとしても
目的が達成できる。
〈考案の効果〉
以上、実施例とともに具体的に説明した様に、
本考案によれば、ダイヤフラム上に被測定圧力に
応答する圧力ゲージとダイヤフラムの温度を検出
する温度ゲージを形成し、これ等の出力を用いて
初期値の設定をして簡単な演算を実行することに
より、高次の温度係数を有する非線形の温度関数
（ｆ(t)，ｇ(t)）の影響を受けないようにすること
ができ、信頼性が高くかつ調整工数を大幅に削減
した半導体圧力変換器を実現することができた。
本考案によれば、ダイヤフラム上に被測定圧力に
応答する圧力ゲージとダイヤフラムの温度を検出
する温度ゲージを形成し、これ等の出力を用いて
初期値の設定をして簡単な演算を実行することに
より、高次の温度係数を有する非線形の温度関数
（ｆ(t)，ｇ(t)）の影響を受けないようにすること
ができ、信頼性が高くかつ調整工数を大幅に削減
した半導体圧力変換器を実現することができた。
第１図は本考案のセンサ部分の構成を示す構成
図、第２図は第１図に示すセンサ部分を含む全体
の回路構成を示すブロツク図、第３図は本考案の
他の実施例のセンサ部分の構成を示す構成図、第
４図は第３図に示すセンサ部分を含む全体の回路
構成を示すブロツク図である。 １……ダイヤフラム、３……起歪部、４……固
定部、５……連通孔、６……基板、８，９……電
源端、１０，１１……出力端、Gp，Gps……圧力
ゲージ、GT……温度ゲージ、CCS……定電流源、
CVS……定電圧源、OSC……発振器、PCC……
演算回路、Vs……定電圧、Ii……定電流。
図、第２図は第１図に示すセンサ部分を含む全体
の回路構成を示すブロツク図、第３図は本考案の
他の実施例のセンサ部分の構成を示す構成図、第
４図は第３図に示すセンサ部分を含む全体の回路
構成を示すブロツク図である。 １……ダイヤフラム、３……起歪部、４……固
定部、５……連通孔、６……基板、８，９……電
源端、１０，１１……出力端、Gp，Gps……圧力
ゲージ、GT……温度ゲージ、CCS……定電流源、
CVS……定電圧源、OSC……発振器、PCC……
演算回路、Vs……定電圧、Ii……定電流。
Claims (1)
- 【実用新案登録請求の範囲】 結晶面が（100）の面方向の半導体単結晶のダ
イヤフラムの起歪部上に不純物の拡散により形成
され被測定圧力に応答する圧力ゲージと、前記ダ
イヤフラムの固定部に不純物の拡散により形成さ
れ前記ダイヤフラムの温度変化に応答する温度ゲ
ージと、前記圧力ゲージの電源端に定電流が供給
されたときの出力端に発生する電圧Esiと前記圧
力ゲージの前記電源端に定電圧が供給されたとき
の前記出力端に発生する電圧Esvと前記温度ゲー
ジに定電流を供給したときのその両端に発生する
電圧ERiと基準温度において前記温度ゲージの前
記両端に発生する電圧ERi0と定数Ｃとを用いて実
質的に E0＝Esi１−ＣESV／ESi／ERi／ERiO−１ なる出力電圧E0を演算する演算手段とを具備し、
前記ダイヤフラムに印加される被測定圧力に対応
した前記出力電圧E0を出力することを特徴とす
る半導体圧力変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17403984U JPH041470Y2 (ja) | 1984-11-16 | 1984-11-16 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17403984U JPH041470Y2 (ja) | 1984-11-16 | 1984-11-16 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6189135U JPS6189135U (ja) | 1986-06-10 |
| JPH041470Y2 true JPH041470Y2 (ja) | 1992-01-20 |
Family
ID=30731669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17403984U Expired JPH041470Y2 (ja) | 1984-11-16 | 1984-11-16 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH041470Y2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5146788A (en) * | 1990-10-25 | 1992-09-15 | Becton, Dickinson And Company | Apparatus and method for a temperature compensation of a catheter tip pressure transducer |
-
1984
- 1984-11-16 JP JP17403984U patent/JPH041470Y2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6189135U (ja) | 1986-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0546488B2 (ja) | ||
| US4404539A (en) | Semiconductor strain gauge | |
| JPH041470Y2 (ja) | ||
| JPS5947835U (ja) | 二波長放射高温計 | |
| JPH041471Y2 (ja) | ||
| JPS6313357B2 (ja) | ||
| JPH041472Y2 (ja) | ||
| JPS6197543A (ja) | 半導体圧力センサの補償回路 | |
| JPH0682844B2 (ja) | 半導体歪変換装置 | |
| JPH0511479Y2 (ja) | ||
| JPH0514186Y2 (ja) | ||
| JPH0438273Y2 (ja) | ||
| JPS622484Y2 (ja) | ||
| JPS59217374A (ja) | 半導体ひずみ変換器 | |
| RU2342642C1 (ru) | Датчик давления | |
| JPS6124887Y2 (ja) | ||
| JPH06742Y2 (ja) | 半導体圧力変換器 | |
| JPH0533017Y2 (ja) | ||
| JPH0526775Y2 (ja) | ||
| RU2024830C1 (ru) | Устройство для измерения давления | |
| JPH0542610B2 (ja) | ||
| JPH0526774Y2 (ja) | ||
| SU805186A1 (ru) | Устройство дл преобразовани физичес-КиХ пАРАМЕТРОВ B элЕКТРичЕСКий СигНАл | |
| JPH057653B2 (ja) | ||
| JP2608637B2 (ja) | 静電容量式ロードセル |