JPH0419494B2 - - Google Patents
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- JPH0419494B2 JPH0419494B2 JP6509382A JP6509382A JPH0419494B2 JP H0419494 B2 JPH0419494 B2 JP H0419494B2 JP 6509382 A JP6509382 A JP 6509382A JP 6509382 A JP6509382 A JP 6509382A JP H0419494 B2 JPH0419494 B2 JP H0419494B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring 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
- G01L9/02—Measuring 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
- G01L9/04—Measuring 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は圧力に感応するゲージ抵抗を組合わ
せてブリツジ回路を構成してなる半導体圧力変換
装置に関する。
せてブリツジ回路を構成してなる半導体圧力変換
装置に関する。
シリコン等の半導体単結晶が有するピエゾ抵抗
効果を利用した圧力変換器は、ワイヤ歪ゲージに
比べて感度が非常に高い利点がある。しかしその
反面、歪−抵抗変化特性の非直線性が大きく、ま
た温度係数も大きいことが欠点となつている。こ
のため、高い精度が必要な工業プロセス用計器に
応用する場合には、何らかの補正を施さなければ
ならない。
効果を利用した圧力変換器は、ワイヤ歪ゲージに
比べて感度が非常に高い利点がある。しかしその
反面、歪−抵抗変化特性の非直線性が大きく、ま
た温度係数も大きいことが欠点となつている。こ
のため、高い精度が必要な工業プロセス用計器に
応用する場合には、何らかの補正を施さなければ
ならない。
通常、半導体圧力変換装置の特性は圧力入力に
対してサブリニア、即ち大きな圧力が加わつた場
合に出力が次第に飽和する傾向を示す。このよう
な出力特性を補正するために、従来第１図のよう
な回路が用いられている。図において、RP，Ｒ
はそれぞれ圧力入力に対して抵抗変化の方向を異
にするゲージ抵抗で、これと固定抵抗R1，R2を
組合せてハーフブリツジ回路１を構成している。
抵抗r1，r2は零点調整用である。ブリツジ回路１
の出力は演算増幅器OP1を用いた出力増幅器２に
より取出される。３は駆動電圧調整回路で、演算
増幅器OP2とバランス用抵抗Rb1，Rb2からなり、
その反転入力端に基準電圧VEを入力すると同時
に前記出力増幅器２の出力をリニアライズ用抵抗
RLを介して入力するようになつている。
対してサブリニア、即ち大きな圧力が加わつた場
合に出力が次第に飽和する傾向を示す。このよう
な出力特性を補正するために、従来第１図のよう
な回路が用いられている。図において、RP，Ｒ
はそれぞれ圧力入力に対して抵抗変化の方向を異
にするゲージ抵抗で、これと固定抵抗R1，R2を
組合せてハーフブリツジ回路１を構成している。
抵抗r1，r2は零点調整用である。ブリツジ回路１
の出力は演算増幅器OP1を用いた出力増幅器２に
より取出される。３は駆動電圧調整回路で、演算
増幅器OP2とバランス用抵抗Rb1，Rb2からなり、
その反転入力端に基準電圧VEを入力すると同時
に前記出力増幅器２の出力をリニアライズ用抵抗
RLを介して入力するようになつている。
この回路では、駆動電圧調整回路３により、ブ
リツジ出力に応じてブリツジ駆動電圧が変化す
る。即ち、圧力入力が増加するにつれ、ブリツジ
出力がリニアライズ抵抗RLを介して駆動電圧調
整回路３に帰還されて駆動電圧VBが上昇するよ
うに働く。例えば２Kg／cm3用として構成した例で
の圧力入力に対するブリツジ出力およびブリツジ
駆動電圧VBの変化を示すと第２図のとおりであ
る。この第２図に示れる特性から明らかなよう
に、ブリツジ出力の直線性はリニアライズ用抵抗
RLによつてサブリニアからスーパーリニアまで
変化する。従つて、ゲージ抵抗RP，RNの非直線
性の度合に応じてリニアライズ用抵抗RLを設定
すれば、ブリツジ出力を圧力入力に対して直線化
することができる。従つて第２図に示す例では
RL＝200KΩが最適値となる。このように素子の
非直線性を補償するためには、圧力測定用のブリ
ツジ回路１の印加電圧VBを圧力入力の増加とと
もに増加させて補償することが必要である。非直
線性補償のために回路の動作は、基本的にはブリ
ツジ回路１を定電圧で駆動し、その変形として圧
力入力に対する正帰還をかけて印加電圧VBを動
かすものとなつている。
リツジ出力に応じてブリツジ駆動電圧が変化す
る。即ち、圧力入力が増加するにつれ、ブリツジ
出力がリニアライズ抵抗RLを介して駆動電圧調
整回路３に帰還されて駆動電圧VBが上昇するよ
うに働く。例えば２Kg／cm3用として構成した例で
の圧力入力に対するブリツジ出力およびブリツジ
駆動電圧VBの変化を示すと第２図のとおりであ
る。この第２図に示れる特性から明らかなよう
に、ブリツジ出力の直線性はリニアライズ用抵抗
RLによつてサブリニアからスーパーリニアまで
変化する。従つて、ゲージ抵抗RP，RNの非直線
性の度合に応じてリニアライズ用抵抗RLを設定
すれば、ブリツジ出力を圧力入力に対して直線化
することができる。従つて第２図に示す例では
RL＝200KΩが最適値となる。このように素子の
非直線性を補償するためには、圧力測定用のブリ
ツジ回路１の印加電圧VBを圧力入力の増加とと
もに増加させて補償することが必要である。非直
線性補償のために回路の動作は、基本的にはブリ
ツジ回路１を定電圧で駆動し、その変形として圧
力入力に対する正帰還をかけて印加電圧VBを動
かすものとなつている。
一方、半導体の常である温度依存性（零点、圧
力感度）を補償する場合、前記ブリツジ回路１を
定電圧で動作させるか、定電流で動作させるかに
よつてその補償のしかたが大きく異る。したがつ
て、上記の圧力特性の非直線性補償回路との組合
わせかたも異つてくる。一般に半導体圧力センサ
ーを定電圧で動作させた場合には、温度変化に対
する圧力感度の変動が大きく、例えば−0.15〜−
0.2％／℃の値を示す。これに対して、定電流で
動作させた場合には例えば−0.05％／℃程度の圧
力感度の変動を招くだけであり、一般の用途であ
れば無補償でも使える。
力感度）を補償する場合、前記ブリツジ回路１を
定電圧で動作させるか、定電流で動作させるかに
よつてその補償のしかたが大きく異る。したがつ
て、上記の圧力特性の非直線性補償回路との組合
わせかたも異つてくる。一般に半導体圧力センサ
ーを定電圧で動作させた場合には、温度変化に対
する圧力感度の変動が大きく、例えば−0.15〜−
0.2％／℃の値を示す。これに対して、定電流で
動作させた場合には例えば−0.05％／℃程度の圧
力感度の変動を招くだけであり、一般の用途であ
れば無補償でも使える。
ところで本発明者らは先に特願昭54−124989号
等により定電圧動作でも±0.005％／℃に達し得
る高精度温度補償法を提唱し、さらに又この手法
を発展させて前述の圧力特性の非線形性に対する
補償法を提唱した。その後、更に定電流動作に対
しても圧力特性の非線形化補償を行う新しい手段
を見出した。
等により定電圧動作でも±0.005％／℃に達し得
る高精度温度補償法を提唱し、さらに又この手法
を発展させて前述の圧力特性の非線形性に対する
補償法を提唱した。その後、更に定電流動作に対
しても圧力特性の非線形化補償を行う新しい手段
を見出した。
前述した如く、圧力特性の非線形性を補償する
ためには、圧力入力の増加に連動させてブリツジ
印加電圧VBを変化させればよい。したがつて、
定電圧動作での温度補償（温度に連動させてブリ
ツジ電圧VBを変えて圧力感度を一定にする為の
電圧補償）では、非線形の補償と兼ね合わせ易
い。これに対し、ブリツジ回路１を定電流で動作
させる場合は、元々その圧力感度の温度変動が少
ないと云う利点はあるが、いざその補償を行おう
とすると甚だ困難である。一般には定電流動作
で、より高精度の温度補償を行う場合は、半導体
素子の製法、つまり不純物の拡散工程での調整法
がとられている。第３図はｎ形Si基板にｐ形不純
物を拡散して形成した歪抵抗層の温度変化率の一
例を示している。歪抵抗層の基準抵抗をR0、そ
の温度係数をα、圧力による抵抗変化をΔR、そ
の温度係数をβ、ΔR／R0＝G0をゲージ率とする
と、定電流動作時の圧力出力ΔV1は以下の如くに
なる。
ためには、圧力入力の増加に連動させてブリツジ
印加電圧VBを変化させればよい。したがつて、
定電圧動作での温度補償（温度に連動させてブリ
ツジ電圧VBを変えて圧力感度を一定にする為の
電圧補償）では、非線形の補償と兼ね合わせ易
い。これに対し、ブリツジ回路１を定電流で動作
させる場合は、元々その圧力感度の温度変動が少
ないと云う利点はあるが、いざその補償を行おう
とすると甚だ困難である。一般には定電流動作
で、より高精度の温度補償を行う場合は、半導体
素子の製法、つまり不純物の拡散工程での調整法
がとられている。第３図はｎ形Si基板にｐ形不純
物を拡散して形成した歪抵抗層の温度変化率の一
例を示している。歪抵抗層の基準抵抗をR0、そ
の温度係数をα、圧力による抵抗変化をΔR、そ
の温度係数をβ、ΔR／R0＝G0をゲージ率とする
と、定電流動作時の圧力出力ΔV1は以下の如くに
なる。
ΔV1＝ΔR（１＋β）I0＝G0R0（１＋α）（１＋β）I
0G0R0｛１＋（α＋β）｝I0…(1) 第２図に示す特性と上記第(1)式からわかるよう
に、歪抵抗の不純物濃度が1018／cm3又は1020／cm3
付近であれば（α＋β）＝０つまり、温度依存性
が零となる条が得られる。このように、定電流動
作では、感度の温度依存性が無くなる条件が存在
し、この条件に正確に合致しなくても温度特性の
向上を図り得る。しかし、この為には印加電圧を
人為的に変化させねばならないので、一般に非直
線補償には向かないと考えられていた。
0G0R0｛１＋（α＋β）｝I0…(1) 第２図に示す特性と上記第(1)式からわかるよう
に、歪抵抗の不純物濃度が1018／cm3又は1020／cm3
付近であれば（α＋β）＝０つまり、温度依存性
が零となる条が得られる。このように、定電流動
作では、感度の温度依存性が無くなる条件が存在
し、この条件に正確に合致しなくても温度特性の
向上を図り得る。しかし、この為には印加電圧を
人為的に変化させねばならないので、一般に非直
線補償には向かないと考えられていた。
本発明はこのような事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、定電流駆動され
るブリツジ回路の圧力出力の非直線性を効果的に
補償することのできる簡易で実用性の高い半導体
圧力変換装置を提供することにある。
ので、その目的とするところは、定電流駆動され
るブリツジ回路の圧力出力の非直線性を効果的に
補償することのできる簡易で実用性の高い半導体
圧力変換装置を提供することにある。
本発明は圧力に感応して互いに異なる方向に抵
抗変化を示す少なくとも一組の第１の半導体ゲー
ジ抵抗を用いて構成されたブリツジ回路に、上記
圧力に感応して抵抗減少を示す第２の半導体ゲー
ジ抵抗を直列に接続し、前記圧力に感応して抵抗
増加を示す第３の半導体ゲージ抵抗を前記第２の
半導体ゲージ抵抗を介して前記ブリツジ回路に並
列に接続し、これらを定電流駆動するようにした
ものである。
抗変化を示す少なくとも一組の第１の半導体ゲー
ジ抵抗を用いて構成されたブリツジ回路に、上記
圧力に感応して抵抗減少を示す第２の半導体ゲー
ジ抵抗を直列に接続し、前記圧力に感応して抵抗
増加を示す第３の半導体ゲージ抵抗を前記第２の
半導体ゲージ抵抗を介して前記ブリツジ回路に並
列に接続し、これらを定電流駆動するようにした
ものである。
〔発明の効果〕
従つて本発明によれば、簡易にしてセンサの圧
力感度のフルスケール精度を大幅に改善すること
ができ、その効果は絶大である。また半導体ゲー
ジ抵抗のピエゾ効果を、感度補償に係りなく十分
に発揮させることができる。
力感度のフルスケール精度を大幅に改善すること
ができ、その効果は絶大である。また半導体ゲー
ジ抵抗のピエゾ効果を、感度補償に係りなく十分
に発揮させることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施例につき説
明する。
明する。
第４図は圧力入力ｐに対するブリツジ出力の関
の一例を示すものである。第４図中実線Ａはブリ
ツジ回路を定電流I0で動作させた場合の圧力出力
であり、大きく非直線化している。
の一例を示すものである。第４図中実線Ａはブリ
ツジ回路を定電流I0で動作させた場合の圧力出力
であり、大きく非直線化している。
これを圧力に応じてブリツジ電流を増加させる
ことにより、直線Ｃのように圧力出力を直線化す
る条件を求めると、次のようになる。
ことにより、直線Ｃのように圧力出力を直線化す
る条件を求めると、次のようになる。
まず、実線Ａで示される出力電圧を、圧力入力
Ｐに応じて変化する抵抗Ｒ（Ｐ）と電流I0との積
Ｒ（Ｐ）・I0として表し、直線性を得るために圧力
入力に応じてブリツジ電流を増加させる場合の係
数をａ、実線Ａで示される特性の非直線性（フル
圧力入力P0の半分の圧力（１／２）P0での仮想
直線Ｂからのずれのフル圧時の出力に対する比）
をＬとする。
Ｐに応じて変化する抵抗Ｒ（Ｐ）と電流I0との積
Ｒ（Ｐ）・I0として表し、直線性を得るために圧力
入力に応じてブリツジ電流を増加させる場合の係
数をａ、実線Ａで示される特性の非直線性（フル
圧力入力P0の半分の圧力（１／２）P0での仮想
直線Ｂからのずれのフル圧時の出力に対する比）
をＬとする。
実線Ａの圧力（１／２）P0点での出力電圧は、
Ｒ（P0／２）・I0
であり、仮想直線Ｂの圧力（１／２）P0点での
出力電圧は、 （１／２）Ｒ（P0）・I0 であるから、非直線性Ｌは、次の式で表される。
出力電圧は、 （１／２）Ｒ（P0）・I0 であるから、非直線性Ｌは、次の式で表される。
Ｌ＝｛Ｒ（P0／２）−（１／２）Ｒ（P0）｝I0／Ｒ（
P0）I0＝Ｒ（P0／２）Ｒ（P0）−１／２…(2) 次に圧力に応じてブリツジ電流を増加させた場
合の出力電圧は、 (a) フル圧P0の半分の圧力（１／２）P0での出
力が、 Ｒ（P0／２）｛１＋（１／２）ａ｝I0 …(3) (b) フル圧P0での出力が、 Ｒ（P0）（１＋ａ）I0 …(4) である。(3)，(4)式を満たす場合に出力が直線的に
補正されるから、(3)，(4)式から、 Ｒ（P0）（１＋ａ）I0 ＝２×Ｒ（P0／２）｛１＋（１／２）ａ｝I0 となり、これを整理すると、 Ｒ（P0／２）Ｒ（P0） ＝（１＋ａ）／（２＋ａ） …(5) となる。
P0）I0＝Ｒ（P0／２）Ｒ（P0）−１／２…(2) 次に圧力に応じてブリツジ電流を増加させた場
合の出力電圧は、 (a) フル圧P0の半分の圧力（１／２）P0での出
力が、 Ｒ（P0／２）｛１＋（１／２）ａ｝I0 …(3) (b) フル圧P0での出力が、 Ｒ（P0）（１＋ａ）I0 …(4) である。(3)，(4)式を満たす場合に出力が直線的に
補正されるから、(3)，(4)式から、 Ｒ（P0）（１＋ａ）I0 ＝２×Ｒ（P0／２）｛１＋（１／２）ａ｝I0 となり、これを整理すると、 Ｒ（P0／２）Ｒ（P0） ＝（１＋ａ）／（２＋ａ） …(5) となる。
(2)式と(5)式から、
ａ＝4L／（１−2L） …(6)
が求まる。
次に、圧力入力に応じてブリツジ電流を増加さ
せ、非直線性が補償される時の電流は、 入力圧力が零では、I0 入力圧力が（１／２）P0では、 I1/2＝I0｛１＋（１／２）ａ｝ 入力圧力がフル圧P0では、 IF＝I0（１＋ａ） である。従つて、入力圧力零の時の電流I0に対し
て、フル圧時の電流IFは、 IF／I0＝I0（１＋ａ）／I0 としなければならない。これを(6)式に代入する
と、 IF／I0＝（１＋2L）／（１−2L） …(7) なる関係が得られる。
せ、非直線性が補償される時の電流は、 入力圧力が零では、I0 入力圧力が（１／２）P0では、 I1/2＝I0｛１＋（１／２）ａ｝ 入力圧力がフル圧P0では、 IF＝I0（１＋ａ） である。従つて、入力圧力零の時の電流I0に対し
て、フル圧時の電流IFは、 IF／I0＝I0（１＋ａ）／I0 としなければならない。これを(6)式に代入する
と、 IF／I0＝（１＋2L）／（１−2L） …(7) なる関係が得られる。
第５図はSiの（100）面に拡散抵抗層を設けた
ダイヤフラム形圧力センサにおいて、圧力による
抵抗変化と非直線性ならびに、その非線形を線形
化するために必要な電流の増加分を示したもので
ある。ダイヤフラム形センサーでは素子への応力
はダイヤフラムの形状とその板厚および印加圧力
によつて決る。Siの（100）面ダイヤフラムでは、
抵抗変化が15％に達する応力によつて、上記ダイ
ヤフラムが破壊する。第５図の右側の縦軸は、前
記第(3)式から求まる電流増加を比で示したもので
ある。
ダイヤフラム形圧力センサにおいて、圧力による
抵抗変化と非直線性ならびに、その非線形を線形
化するために必要な電流の増加分を示したもので
ある。ダイヤフラム形センサーでは素子への応力
はダイヤフラムの形状とその板厚および印加圧力
によつて決る。Siの（100）面ダイヤフラムでは、
抵抗変化が15％に達する応力によつて、上記ダイ
ヤフラムが破壊する。第５図の右側の縦軸は、前
記第(3)式から求まる電流増加を比で示したもので
ある。
第６図はこのような観点に立脚してなされた本
発明の一実施例装置を示す概略構成図である。こ
の装置は歪ゲージブリツジ回路１を定電流で作動
させ、更に圧力感度の直線補償を行うようにした
ものである。即ちこの装置は圧力を受けて（ｒ±
Δr）に変化する４つの第１の半導体ゲージ抵抗
によりフルブリツジ回路１を構成している。そし
て印加圧力によつて（R1−ΔR1）に抵抗変化す
る第２の半導体ゲージ抵抗４を上記ブリツジ回路
１に直列に接続し、更に、（R2＋ΔR2）に抵抗変
化する第３の半導体ゲージ抵抗５を上記第２の半
導体ゲージ抵抗４を介して前記ブリツジ回路１に
並列に接続して構成される。これらの圧力検出用
のゲージ抵抗ｒ、直線性補償用抵抗R1、および
R2は全て同一シリコン基板上に設けられている。
尚、図中６は、上記装置を定電流駆動するこの構
成によると、入力圧力が変化した時の第２の半導
体ゲージ抵抗４の抵抗変化と第３の半導体ゲージ
抵抗５の抵抗変化とが互いに逆方向になつて、こ
れらの協働によつて定電流電源６からのブリツジ
回路１への電流が、圧力出力の非直線性を補償す
る方向に自動調整される。例えば、入力圧力が増
加して第２の半導体ゲージ抵抗４の抵抗が減少す
ると、同時に第３の半導体ゲージ抵抗５の抵抗が
増加し、これにより電源６からのブリツジ回路１
側への電流分配率が増大する。これは、第４図に
示した圧力出力の非直線性を補償する方向であ
る。この時、第２の半導体ゲージ抵抗４と第３の
半導体ゲージ抵抗５が互いに逆方向に抵抗変化す
ることによつて、第５図に示すような非直線性を
補償するに必要な十分なブリツジ回路電流変化が
得られる。
発明の一実施例装置を示す概略構成図である。こ
の装置は歪ゲージブリツジ回路１を定電流で作動
させ、更に圧力感度の直線補償を行うようにした
ものである。即ちこの装置は圧力を受けて（ｒ±
Δr）に変化する４つの第１の半導体ゲージ抵抗
によりフルブリツジ回路１を構成している。そし
て印加圧力によつて（R1−ΔR1）に抵抗変化す
る第２の半導体ゲージ抵抗４を上記ブリツジ回路
１に直列に接続し、更に、（R2＋ΔR2）に抵抗変
化する第３の半導体ゲージ抵抗５を上記第２の半
導体ゲージ抵抗４を介して前記ブリツジ回路１に
並列に接続して構成される。これらの圧力検出用
のゲージ抵抗ｒ、直線性補償用抵抗R1、および
R2は全て同一シリコン基板上に設けられている。
尚、図中６は、上記装置を定電流駆動するこの構
成によると、入力圧力が変化した時の第２の半導
体ゲージ抵抗４の抵抗変化と第３の半導体ゲージ
抵抗５の抵抗変化とが互いに逆方向になつて、こ
れらの協働によつて定電流電源６からのブリツジ
回路１への電流が、圧力出力の非直線性を補償す
る方向に自動調整される。例えば、入力圧力が増
加して第２の半導体ゲージ抵抗４の抵抗が減少す
ると、同時に第３の半導体ゲージ抵抗５の抵抗が
増加し、これにより電源６からのブリツジ回路１
側への電流分配率が増大する。これは、第４図に
示した圧力出力の非直線性を補償する方向であ
る。この時、第２の半導体ゲージ抵抗４と第３の
半導体ゲージ抵抗５が互いに逆方向に抵抗変化す
ることによつて、第５図に示すような非直線性を
補償するに必要な十分なブリツジ回路電流変化が
得られる。
このことを以下に具体的にデータを挙げて説明
する。
する。
第６図の構成において、圧力無印加時の基準抵
抗をｒ＝4000Ωとし、圧力を印加するにつれてブ
リツジ回路１の電流増加を無印加時の電流に対す
る比で示したのが第７図に示す特性である。但し
ここではR1＝4rΩとし、R2をパラメータとしてい
る。破線は前記第５図で示した必要補償電流化で
ある。また、第６図に示される全回路系に流れる
定電流をI0、圧力検出ブリツジ回路１に流れる電
流は、圧力無印加時でirp、圧力印加時でirpして与
えられるものとする。
抗をｒ＝4000Ωとし、圧力を印加するにつれてブ
リツジ回路１の電流増加を無印加時の電流に対す
る比で示したのが第７図に示す特性である。但し
ここではR1＝4rΩとし、R2をパラメータとしてい
る。破線は前記第５図で示した必要補償電流化で
ある。また、第６図に示される全回路系に流れる
定電流をI0、圧力検出ブリツジ回路１に流れる電
流は、圧力無印加時でirp、圧力印加時でirpして与
えられるものとする。
また第８図は第６図および第７図に示される条
件で、補償を施した後のブリツジ回路１の残留非
線形性である。一般に、金属の歪ゲージに比べ
て、Siなどの半導体単結晶ではピエゾ抵抗効果に
よる歪感度が大きいのが特徴であるが、ダイヤフ
ラム形のセンサーでは出力の非線形化で効果を十
分に発揮できない。しかし本装置によれば第８図
に示すごとく、ピエゾ感度を十分に発揮させるこ
とが出来る。ちなみに計測器として許容し得る誤
差は±１％FSと言われている。この為従来のダ
イヤフラム形圧力センサーでは、この許容誤差が
出力の非線形化で左右され、第８図からわかるよ
うに無補償では抵抗感度を５％程度までしかとれ
ない。これに対して本装置によれば、その抵抗感
度を11〜12％まで高く取り得るので、零点、感度
などの温度ドリフトに対するフルスケール精度を
２倍以上に向上させることができる。しかもセン
サーの生産性の面では、その歩留りの向上を図る
ことができ、低コスト比を促進し得るという実用
上絶大なる利点が奏せられる。
件で、補償を施した後のブリツジ回路１の残留非
線形性である。一般に、金属の歪ゲージに比べ
て、Siなどの半導体単結晶ではピエゾ抵抗効果に
よる歪感度が大きいのが特徴であるが、ダイヤフ
ラム形のセンサーでは出力の非線形化で効果を十
分に発揮できない。しかし本装置によれば第８図
に示すごとく、ピエゾ感度を十分に発揮させるこ
とが出来る。ちなみに計測器として許容し得る誤
差は±１％FSと言われている。この為従来のダ
イヤフラム形圧力センサーでは、この許容誤差が
出力の非線形化で左右され、第８図からわかるよ
うに無補償では抵抗感度を５％程度までしかとれ
ない。これに対して本装置によれば、その抵抗感
度を11〜12％まで高く取り得るので、零点、感度
などの温度ドリフトに対するフルスケール精度を
２倍以上に向上させることができる。しかもセン
サーの生産性の面では、その歩留りの向上を図る
ことができ、低コスト比を促進し得るという実用
上絶大なる利点が奏せられる。
尚、本発明は上記実施例に限定されるものでは
ない。例えばブリツジ回路１を構成する半導体ゲ
ージ抵抗を１組とし、ハーフブリツジ回路を実現
することもできる。また各半導体ゲージ抵抗の抵
抗値は仕様に応じて定めればよいものである。要
するに本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々
変形して実施することができる。
ない。例えばブリツジ回路１を構成する半導体ゲ
ージ抵抗を１組とし、ハーフブリツジ回路を実現
することもできる。また各半導体ゲージ抵抗の抵
抗値は仕様に応じて定めればよいものである。要
するに本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々
変形して実施することができる。
第１図は従来装置の一例を示す構成図、第２図
は従来装置の動作特性を示す図、第３図は圧力感
度の温度依存性と拡散濃度との関係を示す図、第
４図および第５図は非線形補償特性を示す図、第
６図は本発明の一実施例装置の概略構成図、第７
図および第８図はそれぞれ本装置の動作特性を示
す図である。 １……ブリツジ回路（第１の半導体ゲージ抵
抗）、４……第２の半導体ゲージ抵抗、５……第
３の半導体ゲージ抵抗、６……定電流電源。
は従来装置の動作特性を示す図、第３図は圧力感
度の温度依存性と拡散濃度との関係を示す図、第
４図および第５図は非線形補償特性を示す図、第
６図は本発明の一実施例装置の概略構成図、第７
図および第８図はそれぞれ本装置の動作特性を示
す図である。 １……ブリツジ回路（第１の半導体ゲージ抵
抗）、４……第２の半導体ゲージ抵抗、５……第
３の半導体ゲージ抵抗、６……定電流電源。
Claims (1)
- １ 圧力に感応して互いに異なる方向に抵抗変化
を示す一組または二組の第１の半導体ゲージ抵抗
を用いて構成されたブリツジ回路と、このブリツ
ジ回路に直列に接続され前記圧力に感応して抵抗
減少を示す第２の半導体ゲージ抵抗と、この第２
の半導体ゲージ抵抗を介して前記ブリツジ回路に
並列接続され前記圧力に感応して抵抗増加を示す
第３の半導体ゲージ抵抗とを同一半導体基板上に
形成してなる圧力感応素子、およびこの圧力感応
素子を定電流駆動する電源を具備し、入力圧力が
変化したときの前記第２の半導体ゲージ抵抗と第
３の半導体ゲージ抵抗の互いに逆方向の抵抗変化
の協働によつて、前記電源から前記ブリツジ回路
に供給される電流が圧力出力の非直線性を補償す
る方向に自動調整されることを特徴とする半導体
圧力変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6509382A JPS58182529A (ja) | 1982-04-19 | 1982-04-19 | 半導体圧力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6509382A JPS58182529A (ja) | 1982-04-19 | 1982-04-19 | 半導体圧力変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58182529A JPS58182529A (ja) | 1983-10-25 |
| JPH0419494B2 true JPH0419494B2 (ja) | 1992-03-30 |
Family
ID=13276957
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6509382A Granted JPS58182529A (ja) | 1982-04-19 | 1982-04-19 | 半導体圧力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58182529A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60253279A (ja) * | 1984-05-29 | 1985-12-13 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 半導体歪み測定器 |
| JPS6122223A (ja) * | 1984-07-10 | 1986-01-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 歪センサ |
| JPS61212740A (ja) * | 1985-03-18 | 1986-09-20 | Yokogawa Electric Corp | 半導体圧力変換器 |
| JPS61215935A (ja) * | 1985-03-22 | 1986-09-25 | Yokogawa Electric Corp | 半導体圧力変換器 |
-
1982
- 1982-04-19 JP JP6509382A patent/JPS58182529A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58182529A (ja) | 1983-10-25 |
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