JPH0445059B2 - - Google Patents
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- JPH0445059B2 JPH0445059B2 JP60053646A JP5364685A JPH0445059B2 JP H0445059 B2 JPH0445059 B2 JP H0445059B2 JP 60053646 A JP60053646 A JP 60053646A JP 5364685 A JP5364685 A JP 5364685A JP H0445059 B2 JPH0445059 B2 JP H0445059B2
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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
- G01L9/06—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 piezo-resistive devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
＜産業上の利用分野＞
本発明は、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、特に剪断形ゲージを
用いた半導体圧力変換器の非直線誤差を効果的に
補償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、特に剪断形ゲージを
用いた半導体圧力変換器の非直線誤差を効果的に
補償する半導体圧力変換器の改良に関する。
＜従来技術＞
非直線誤差を補償した従来の半導体圧力変換器
の１例を第７図に示しこれについて説明する。
の１例を第７図に示しこれについて説明する。
図中１は圧力センサであり、点線で示してあ
る。圧力センサ１はｎ形シリコン単結晶のダイヤ
フラムの起歪部上にＰ形不純物を拡散して印加圧
力に対応した抵抗変化を示す通常形ゲージ２，３
が形成されている。通常形ゲージ２，３は各々抵
抗値R1を有し、印加圧力に対して通常形ゲージ
２は＋ΔR1、通常形ゲージ３は−ΔR1と反対方向
に変化する配置に選定されている。通常形ゲージ
２，３は互いに直列に接続され、この直列回路に
並列に抵抗４，５の直列回路が接続されてこれ等
でブリツジ回路を形成している。通常形ゲージ３
と抵抗５の接続点は共通電位点に接続され、通常
形ゲージ２と抵抗４の接続点には増幅器Q1の出
力端が接続されている。増幅器Q1の非反転入力
端（＋）は抵抗６を介して定電圧源７より一定電
圧が印加され、更に通常形ゲージ２，３の接続点
と抵抗４，５の接続点との間の電圧を増幅器Q2
で増幅し、抵抗８を介して増幅器Q1の非反転入
力端（＋）に印加されている。増幅器Q1の反転
入力端（−）には増幅器Q1の出力端の電圧を分
圧した分圧電圧が負帰還されている。そして、増
幅器Q2の出力端子９が印加圧力Ｐに対応した電
圧信号を得る端子である。
る。圧力センサ１はｎ形シリコン単結晶のダイヤ
フラムの起歪部上にＰ形不純物を拡散して印加圧
力に対応した抵抗変化を示す通常形ゲージ２，３
が形成されている。通常形ゲージ２，３は各々抵
抗値R1を有し、印加圧力に対して通常形ゲージ
２は＋ΔR1、通常形ゲージ３は−ΔR1と反対方向
に変化する配置に選定されている。通常形ゲージ
２，３は互いに直列に接続され、この直列回路に
並列に抵抗４，５の直列回路が接続されてこれ等
でブリツジ回路を形成している。通常形ゲージ３
と抵抗５の接続点は共通電位点に接続され、通常
形ゲージ２と抵抗４の接続点には増幅器Q1の出
力端が接続されている。増幅器Q1の非反転入力
端（＋）は抵抗６を介して定電圧源７より一定電
圧が印加され、更に通常形ゲージ２，３の接続点
と抵抗４，５の接続点との間の電圧を増幅器Q2
で増幅し、抵抗８を介して増幅器Q1の非反転入
力端（＋）に印加されている。増幅器Q1の反転
入力端（−）には増幅器Q1の出力端の電圧を分
圧した分圧電圧が負帰還されている。そして、増
幅器Q2の出力端子９が印加圧力Ｐに対応した電
圧信号を得る端子である。
ところで、圧力センサ１への印加圧力Ｐと通常
形ゲージ２，３の歪抵抗変化ΔR1／ΔRとの関係
は各種の変化傾向を示すが、例えば第８図に示す
特性をもつている。ここで、歪抵抗変化は印加圧
力Ｐがゼロのとき通常形ゲージの抵抗値をR1と
し、変化した抵抗値をΔR1とするときΔR1／R1の
比で表わすことにする。第８図によれば、印加圧
力Ｐの増加に対して感度が下がる傾向を示してい
る。従つて、第７図に示す様に印加圧力Ｐによる
ブリツジ回路の出力信号を増幅器Q2で検出し、
これを増幅器Q1へ正帰還させることにより、ブ
リツジへの印加電圧を印加圧力Ｐの増加に伴い上
昇させ、飽和しようとする出力端子９の出力電圧
を上げて印加圧力Ｐに対する出力電圧が直線的に
なるようにしている。
形ゲージ２，３の歪抵抗変化ΔR1／ΔRとの関係
は各種の変化傾向を示すが、例えば第８図に示す
特性をもつている。ここで、歪抵抗変化は印加圧
力Ｐがゼロのとき通常形ゲージの抵抗値をR1と
し、変化した抵抗値をΔR1とするときΔR1／R1の
比で表わすことにする。第８図によれば、印加圧
力Ｐの増加に対して感度が下がる傾向を示してい
る。従つて、第７図に示す様に印加圧力Ｐによる
ブリツジ回路の出力信号を増幅器Q2で検出し、
これを増幅器Q1へ正帰還させることにより、ブ
リツジへの印加電圧を印加圧力Ｐの増加に伴い上
昇させ、飽和しようとする出力端子９の出力電圧
を上げて印加圧力Ｐに対する出力電圧が直線的に
なるようにしている。
＜発明の解決しようとする問題点＞
しかしながら、この様な増幅器の出力電圧を圧
力センサ１の電圧に加算印加する従来の非直線補
償回路では、例えば増幅器Q2にオフセツト電圧
がある場合にはこの電圧をも含めて帰還され、増
幅器Q2の増幅度が変化すると帰還量そのものが
変わるなど増幅器Q2の特性が直線化するための
補償量に直接影響を与えるので、この増幅器Q2
に通常必要とされるゼロ調整、スパン調整、温度
補正機能をもたせた場合には直線性の調整に手間
がかかる欠点がある。また、圧力センサ１からの
電圧信号は微弱であるので高性能の増幅器が必要
となり高価となる欠点もある。
力センサ１の電圧に加算印加する従来の非直線補
償回路では、例えば増幅器Q2にオフセツト電圧
がある場合にはこの電圧をも含めて帰還され、増
幅器Q2の増幅度が変化すると帰還量そのものが
変わるなど増幅器Q2の特性が直線化するための
補償量に直接影響を与えるので、この増幅器Q2
に通常必要とされるゼロ調整、スパン調整、温度
補正機能をもたせた場合には直線性の調整に手間
がかかる欠点がある。また、圧力センサ１からの
電圧信号は微弱であるので高性能の増幅器が必要
となり高価となる欠点もある。
＜問題点を解決するための手段＞
この発明は、以上の問題点を解決するため、半
導体ダイヤフラムの起歪部に形成された剪断形ゲ
ージと、剪断形ゲージと同じ不純物濃度を有し半
導体ダイヤフラムに印加される印加圧力に応答し
て抵抗値が変化する通常形ゲージと、印加圧力の
変化に無関係で不純物濃度と等しい拡散ゲージ
と、通常形ゲージと拡散ゲージの抵抗値の少なく
とも一方の大きさを調整して剪断形ゲージに印加
される駆動電圧を補償する補償手段とを具備し、
補償手段により剪断形ゲージの印加圧力に対する
出力の非直線誤差を補償すると共に剪断形ゲージ
と等しい不純物濃度の各ゲージにより温度誤差を
補償するように構成したものである。
導体ダイヤフラムの起歪部に形成された剪断形ゲ
ージと、剪断形ゲージと同じ不純物濃度を有し半
導体ダイヤフラムに印加される印加圧力に応答し
て抵抗値が変化する通常形ゲージと、印加圧力の
変化に無関係で不純物濃度と等しい拡散ゲージ
と、通常形ゲージと拡散ゲージの抵抗値の少なく
とも一方の大きさを調整して剪断形ゲージに印加
される駆動電圧を補償する補償手段とを具備し、
補償手段により剪断形ゲージの印加圧力に対する
出力の非直線誤差を補償すると共に剪断形ゲージ
と等しい不純物濃度の各ゲージにより温度誤差を
補償するように構成したものである。
＜実施例＞
以下、本発明の実施例について図面に基づき説
明する。第２図は本発明に係る圧力センサ部の構
成を示す構成図である。
明する。第２図は本発明に係る圧力センサ部の構
成を示す構成図である。
第２図イは圧力センサ部の平面図、ロは圧力セ
ンサ部の横断面図を示す。１０はｎ形のシリコン
単結晶で作られたダイヤフラムであり凹部１１を
有し更に凹部１１の形成により単結晶の厚さの薄
くなつた起歪部１２とその周辺の固定部１３とを
有している。固定部１３は連通孔１４を有する基
板１５にガラス薄膜１６を介して陽極接合等によ
り固定されている。
ンサ部の横断面図を示す。１０はｎ形のシリコン
単結晶で作られたダイヤフラムであり凹部１１を
有し更に凹部１１の形成により単結晶の厚さの薄
くなつた起歪部１２とその周辺の固定部１３とを
有している。固定部１３は連通孔１４を有する基
板１５にガラス薄膜１６を介して陽極接合等によ
り固定されている。
起歪部１２は（100）面とされその上にはその
中心を通る結晶軸＜001＞方向で起歪部１２と固
定部１３との境界附近に剪断形ゲージ１７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。また、＜001＞軸とは45°を成す＜０１１＞軸
方向であつて起歪部１２上には印加圧力Ｐによつ
て抵抗が変化する通常の歪ゲージ（通常形ゲー
ジ）１８がＰ形不純物の拡散により形成されてい
る。
中心を通る結晶軸＜001＞方向で起歪部１２と固
定部１３との境界附近に剪断形ゲージ１７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。また、＜001＞軸とは45°を成す＜０１１＞軸
方向であつて起歪部１２上には印加圧力Ｐによつ
て抵抗が変化する通常の歪ゲージ（通常形ゲー
ジ）１８がＰ形不純物の拡散により形成されてい
る。
第２図ハに剪断形ゲージ１７の構成を拡大して
示す。図に示す剪断形ゲージはゲージ長ｌでゲー
ジ幅がｗであり、この剪断形ゲージの長さ方向に
電源端１９，２０が形成されここに電圧が印加さ
れる。印加圧力Ｐがダイヤフラム１０に与えられ
ると、これによつて生じた剪断応力τs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
２２，２３に得られる。しかし、電源端１９と２
０間の抵抗は印加圧力Ｐにより変化を受けない。
示す。図に示す剪断形ゲージはゲージ長ｌでゲー
ジ幅がｗであり、この剪断形ゲージの長さ方向に
電源端１９，２０が形成されここに電圧が印加さ
れる。印加圧力Ｐがダイヤフラム１０に与えられ
ると、これによつて生じた剪断応力τs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
２２，２３に得られる。しかし、電源端１９と２
０間の抵抗は印加圧力Ｐにより変化を受けない。
なお、第２図イに示す起歪部１２の周辺の円周
に沿う方向に形成された通常形ゲージ２４は、通
常形ゲージ１８とは反対に印加圧力Ｐの増加に対
してその抵抗値が減少するものであり正方向の直
線性補償を行なう場合に用いるものである。
に沿う方向に形成された通常形ゲージ２４は、通
常形ゲージ１８とは反対に印加圧力Ｐの増加に対
してその抵抗値が減少するものであり正方向の直
線性補償を行なう場合に用いるものである。
第１図は第２図に示す圧力センサを用いて圧力
を電圧に変換する変換部２５の構成を示す回路図
である。通常形ゲージ１８、圧力によつて抵抗値
の変化しない拡散抵抗２６、剪断形ゲージ１７の
電源端１９，２０が増幅器Q3の出力端と共通電
位点COMとの間に直列に接続されている。なお、
拡散抵抗２６は例えば第２図に示す固定部１３の
上面に形成される。増幅器Q3の電源端には＋Ｖ、
−Ｖの一定電圧がそれぞれ印加されている。その
反転入力端（−）には電圧−Ｖと出力端の電圧を
抵抗２７と２８で分圧した電圧が印加されてお
り、非反転入力端（＋）は共通電位点COMに接
続され、出力端に電圧Vsを得ている。剪断形ゲ
ージ１７の出力端２２，２３には印加圧力Ｐに対
応した出力電圧Vpが発生する。この出力電圧Vp
は負帰還のかけられた差動増幅器Q4で増幅され、
その出力は更に増幅器Q5により増幅されて変換
部２５の出力端２９と共通電位点COMとの間の
出力電圧としてVpを得ている。各増幅器Q4，Q5
の電源端にはそれぞれ＋Ｖ、−Ｖの電圧が印加さ
れている。
を電圧に変換する変換部２５の構成を示す回路図
である。通常形ゲージ１８、圧力によつて抵抗値
の変化しない拡散抵抗２６、剪断形ゲージ１７の
電源端１９，２０が増幅器Q3の出力端と共通電
位点COMとの間に直列に接続されている。なお、
拡散抵抗２６は例えば第２図に示す固定部１３の
上面に形成される。増幅器Q3の電源端には＋Ｖ、
−Ｖの一定電圧がそれぞれ印加されている。その
反転入力端（−）には電圧−Ｖと出力端の電圧を
抵抗２７と２８で分圧した電圧が印加されてお
り、非反転入力端（＋）は共通電位点COMに接
続され、出力端に電圧Vsを得ている。剪断形ゲ
ージ１７の出力端２２，２３には印加圧力Ｐに対
応した出力電圧Vpが発生する。この出力電圧Vp
は負帰還のかけられた差動増幅器Q4で増幅され、
その出力は更に増幅器Q5により増幅されて変換
部２５の出力端２９と共通電位点COMとの間の
出力電圧としてVpを得ている。各増幅器Q4，Q5
の電源端にはそれぞれ＋Ｖ、−Ｖの電圧が印加さ
れている。
次に、以上の如く構成された回路の動作につい
て第３図に示す様に下に凸の傾向を示す場合の圧
力／電圧の特性図を用いて説明する。図におい
て、補正前の曲線を３点（PA、VA）、（PA＋PB、
VA＋VB）、（PA＋Pc、VA＋Vc）を通る放物線とし
て表わすと、出力電圧Vpは Vp＝Ｐ−PA／Pc−PB｛（VB／PBPc−Vc／PcPB）−（
VB／PB−Vc／Pc）（Ｐ−PA）｝＋VA(1) となるが、簡単のためPA＝VA＝０にすると(1)式
は Vp＝Ｐ／Pc−PB｛（VB／PBPc−Vc／PcPB）−（VB
／PB−Vc／Pc）Ｐ｝(2) となる。変形して、 Vp＝Ｐ／Pc−PB（VB／PBPc−Vc／PcPB）（１−VB
／PB−Vc／Pc／VB／PBPc−Vc／PcPB・Ｐ）(3) となる。ここで、剪断形ゲージ１７に流れる駆動
電流をＩ、剪断形ゲージ１７の単位厚みの抵抗
率、即ちシート抵抗をRs、剪断ピエゾ抵抗係数
をπ〓、剪断形ゲージ１７に働らく剪断応力をπpと
すれば、次式が成立する。
て第３図に示す様に下に凸の傾向を示す場合の圧
力／電圧の特性図を用いて説明する。図におい
て、補正前の曲線を３点（PA、VA）、（PA＋PB、
VA＋VB）、（PA＋Pc、VA＋Vc）を通る放物線とし
て表わすと、出力電圧Vpは Vp＝Ｐ−PA／Pc−PB｛（VB／PBPc−Vc／PcPB）−（
VB／PB−Vc／Pc）（Ｐ−PA）｝＋VA(1) となるが、簡単のためPA＝VA＝０にすると(1)式
は Vp＝Ｐ／Pc−PB｛（VB／PBPc−Vc／PcPB）−（VB
／PB−Vc／Pc）Ｐ｝(2) となる。変形して、 Vp＝Ｐ／Pc−PB（VB／PBPc−Vc／PcPB）（１−VB
／PB−Vc／Pc／VB／PBPc−Vc／PcPB・Ｐ）(3) となる。ここで、剪断形ゲージ１７に流れる駆動
電流をＩ、剪断形ゲージ１７の単位厚みの抵抗
率、即ちシート抵抗をRs、剪断ピエゾ抵抗係数
をπ〓、剪断形ゲージ１７に働らく剪断応力をπpと
すれば、次式が成立する。
Vp＝IRsπ〓τp (4)
ここで、τpは印加圧力Ｐに比例するのでτp＝kp
Ｐ（kp：定数）とおけば Vp＝If（ｐ） (5) 但し、ｆ（ｐ）＝Rsπ〓kpＰ (6) であるので、 第３図を参照すると、 VB＝If（PB） (7) Vc＝If（Pc） (8) となる。そこで(7)、(8)式を(3)式に代入すると、 Vp＝Ｐ／Pc−PBＩ（ｆ（PB）／PBPc−ｆ（Pc）／PcPB）
×（１−ｆ（PB）／PB−ｆ（Pc）／Pc／ｆ（PB）／PBPc
−ｆ（Pc）／PcPB・Ｐ）(9) となる。(9)式において、 k1＝１／Pc−PB（ｆ（PB）／PBPc−ｆ（Pc）／PcPB）(1
0) k2＝−ｆ（PB）／PB−ｆ（Pc）／Pc／ｆ（PB）／
PBPc−ｆ（Pc）／PcPB＝−VB／PB−Vc／Pc／VB／PBPc−
Vc／PcPB(11) とおけば、(9)式は Vp＝PIK1（１＋k2P） (12) と書き換えられ、出力電圧Vpは印加圧力Ｐに関
する２次式で駆動電流Ｉに比例している。
Ｐ（kp：定数）とおけば Vp＝If（ｐ） (5) 但し、ｆ（ｐ）＝Rsπ〓kpＰ (6) であるので、 第３図を参照すると、 VB＝If（PB） (7) Vc＝If（Pc） (8) となる。そこで(7)、(8)式を(3)式に代入すると、 Vp＝Ｐ／Pc−PBＩ（ｆ（PB）／PBPc−ｆ（Pc）／PcPB）
×（１−ｆ（PB）／PB−ｆ（Pc）／Pc／ｆ（PB）／PBPc
−ｆ（Pc）／PcPB・Ｐ）(9) となる。(9)式において、 k1＝１／Pc−PB（ｆ（PB）／PBPc−ｆ（Pc）／PcPB）(1
0) k2＝−ｆ（PB）／PB−ｆ（Pc）／Pc／ｆ（PB）／
PBPc−ｆ（Pc）／PcPB＝−VB／PB−Vc／Pc／VB／PBPc−
Vc／PcPB(11) とおけば、(9)式は Vp＝PIK1（１＋k2P） (12) と書き換えられ、出力電圧Vpは印加圧力Ｐに関
する２次式で駆動電流Ｉに比例している。
次に、第２図において剪断ゲージ１７の電源端
１９，２０間の抵抗値をR20、通常形ゲージ１８
の抵抗値をR30（１＋k3P）（但し、k3は印加圧力
Ｐに対する抵抗変化の割合を示す）、拡散抵抗２
６の抵抗値をR40とすれば、駆動電流Ｉは Ｉ＝Vs／R20＋R30（１＋k3P）＋R40＝Vs／（R20
＋R30＋R40）（１＋R30／R20＋R30＋R40k3P）(13) となる。(13)式を(12)式に代入して Vp＝PVsk1（１＋k2P）／（R20＋R30＋R40）（１
＋R30／R20＋R30＋R40k3P）(14) となる。ここで、(14)式において k2＝R30／R20＋R30＋R40・k3 (15) になる様に拡散抵抗２６の抵抗値R40を選択する
と、 Vp＝k1Vs／R20＋R30＋R40Ｐ (14) の式を得る。
１９，２０間の抵抗値をR20、通常形ゲージ１８
の抵抗値をR30（１＋k3P）（但し、k3は印加圧力
Ｐに対する抵抗変化の割合を示す）、拡散抵抗２
６の抵抗値をR40とすれば、駆動電流Ｉは Ｉ＝Vs／R20＋R30（１＋k3P）＋R40＝Vs／（R20
＋R30＋R40）（１＋R30／R20＋R30＋R40k3P）(13) となる。(13)式を(12)式に代入して Vp＝PVsk1（１＋k2P）／（R20＋R30＋R40）（１
＋R30／R20＋R30＋R40k3P）(14) となる。ここで、(14)式において k2＝R30／R20＋R30＋R40・k3 (15) になる様に拡散抵抗２６の抵抗値R40を選択する
と、 Vp＝k1Vs／R20＋R30＋R40Ｐ (14) の式を得る。
従つて、(12)式では剪断形ゲージの出力電圧Vp
は印加圧力Ｐの２次式で示され非直線性を示す
が、拡散抵抗２６の抵抗値R40を(15)式になる様に
選定することにより(16)式で示すごとく印加圧Ｐに
関して直線的な関係を得ることができる。
は印加圧力Ｐの２次式で示され非直線性を示す
が、拡散抵抗２６の抵抗値R40を(15)式になる様に
選定することにより(16)式で示すごとく印加圧Ｐに
関して直線的な関係を得ることができる。
第４図は第１図に示す変換部２５の構成を一部
変形した変換部３０を示す回路図である。第４図
において、増幅器Q6の出力端と共通電位点COM
との間に剪断形ゲージ１７の電源端１９，２０が
接続されており、増幅器Q6の反転入力端（−）
と出力端との間には抵抗３１が接続されている。
更に増幅器Q6の反転入力端（−）は抵抗３２と
通常形ゲージ１８の直列回路を介して電圧−Ｖが
印加されている。この様な構成により、剪断形ゲ
ージ１７の両端には抵抗３２と通常形ゲージ１８
の合成抵抗値と抵抗３１の抵抗値との比に比例し
た電圧が印加される。通常形ゲージ１８は印加圧
力Ｐの増加に対してその抵抗値が増加する傾向を
示すので、増幅器Q6の出力電圧が減少し剪断形
ゲージ１７の出力電圧Vpが増加する傾向を抑え
直線化する。この場合、第１図に示す変換部２５
では通常形ゲージ１８、拡散抵抗２６、剪断形ゲ
ージ１７の直列抵抗値に対する通常形ゲージ１８
の抵抗値の印加圧力Ｐに対する抵抗変化の割合で
剪断形ゲージ１７の非直線性を補償するが、第４
図に示す変換部３０では抵抗３２と通常形ゲージ
１８の直列抵抗値に対する通常形ゲージ１８の抵
抗値の印加圧力Ｐに対する抵抗変化の割合で剪断
形ゲージ１７の非直線性を補償する。従つて、第
４図に示す補償は第１図に示す補償に対して大き
な補償が可能である。
変形した変換部３０を示す回路図である。第４図
において、増幅器Q6の出力端と共通電位点COM
との間に剪断形ゲージ１７の電源端１９，２０が
接続されており、増幅器Q6の反転入力端（−）
と出力端との間には抵抗３１が接続されている。
更に増幅器Q6の反転入力端（−）は抵抗３２と
通常形ゲージ１８の直列回路を介して電圧−Ｖが
印加されている。この様な構成により、剪断形ゲ
ージ１７の両端には抵抗３２と通常形ゲージ１８
の合成抵抗値と抵抗３１の抵抗値との比に比例し
た電圧が印加される。通常形ゲージ１８は印加圧
力Ｐの増加に対してその抵抗値が増加する傾向を
示すので、増幅器Q6の出力電圧が減少し剪断形
ゲージ１７の出力電圧Vpが増加する傾向を抑え
直線化する。この場合、第１図に示す変換部２５
では通常形ゲージ１８、拡散抵抗２６、剪断形ゲ
ージ１７の直列抵抗値に対する通常形ゲージ１８
の抵抗値の印加圧力Ｐに対する抵抗変化の割合で
剪断形ゲージ１７の非直線性を補償するが、第４
図に示す変換部３０では抵抗３２と通常形ゲージ
１８の直列抵抗値に対する通常形ゲージ１８の抵
抗値の印加圧力Ｐに対する抵抗変化の割合で剪断
形ゲージ１７の非直線性を補償する。従つて、第
４図に示す補償は第１図に示す補償に対して大き
な補償が可能である。
第５図は第１図又は第４図に示す変換部２５又
は３０を用いて２線式の圧力変換器を構成した場
合の回路図を示す。
は３０を用いて２線式の圧力変換器を構成した場
合の回路図を示す。
電源３３は負荷３４を介して２線式の伝送路
l1、l2に接続されている。伝送路l1、l2の他端には
ダイオードD1、定電流回路CC、ツエナダイオー
ドDz、温度補償用のダイオードD2、帰還抵抗Rf
が直列に接続され、更にトランジスタQ7のコレ
クタ・ベース間に定電流回路CCが接続されて、
ダイオードD2と帰還抵抗Rfとの接続点とトラン
ジスタQ7のエミツタとの間に定電圧を得ている。
この定電圧は抵抗３５，３６で分圧されボルテー
ジフオロワとして構成された増幅器Q8の出力端
を共通電位点COMに接続して、共通電位点COM
に対して正負の電圧＋Ｖ、−Ｖとされる。正負の
電圧＋Ｖ、−Ｖは変換部２５又は３０の電源とさ
れると同時に増幅器Q9の電源ともなる。
l1、l2に接続されている。伝送路l1、l2の他端には
ダイオードD1、定電流回路CC、ツエナダイオー
ドDz、温度補償用のダイオードD2、帰還抵抗Rf
が直列に接続され、更にトランジスタQ7のコレ
クタ・ベース間に定電流回路CCが接続されて、
ダイオードD2と帰還抵抗Rfとの接続点とトラン
ジスタQ7のエミツタとの間に定電圧を得ている。
この定電圧は抵抗３５，３６で分圧されボルテー
ジフオロワとして構成された増幅器Q8の出力端
を共通電位点COMに接続して、共通電位点COM
に対して正負の電圧＋Ｖ、−Ｖとされる。正負の
電圧＋Ｖ、−Ｖは変換部２５又は３０の電源とさ
れると同時に増幅器Q9の電源ともなる。
増幅器Q9の非反転入力端（＋）は変換部２５
又は３０の出力端２９と抵抗３７で接続され、更
に帰還抵抗Rfの一端と抵抗３８でそれぞれ接続
され、出力端の出力電圧Vp、電圧−Ｖおよび帰
還抵抗Rfの両端の電圧を抵抗３７，３８および
帰還抵抗Rfで分圧した電圧が印加されている。
増幅器Q9の反転入力端（−）は抵抗３９、抵抗
４０の直列回路を介して共通電位点COMに接続
されている。抵抗３９の両端はそれぞれ抵抗４
１，４２を介して−Ｖ電源に接続されている。こ
のため増幅器Q9の反転入力端（−）には電圧−
Ｖを抵抗３９，〜４２で分圧した電圧が印加され
る。増幅器Q9の出力は抵抗４３を介して出力ト
ランジスタQ10のベースに印加される。出力トラ
ンジスタQ10のコレクタはダイオードD1のカソー
ドに、エミツタはダイオード群D3、抵抗４４の
直列回路を介して帰還抵抗Rfの他端に接続され
ている。
又は３０の出力端２９と抵抗３７で接続され、更
に帰還抵抗Rfの一端と抵抗３８でそれぞれ接続
され、出力端の出力電圧Vp、電圧−Ｖおよび帰
還抵抗Rfの両端の電圧を抵抗３７，３８および
帰還抵抗Rfで分圧した電圧が印加されている。
増幅器Q9の反転入力端（−）は抵抗３９、抵抗
４０の直列回路を介して共通電位点COMに接続
されている。抵抗３９の両端はそれぞれ抵抗４
１，４２を介して−Ｖ電源に接続されている。こ
のため増幅器Q9の反転入力端（−）には電圧−
Ｖを抵抗３９，〜４２で分圧した電圧が印加され
る。増幅器Q9の出力は抵抗４３を介して出力ト
ランジスタQ10のベースに印加される。出力トラ
ンジスタQ10のコレクタはダイオードD1のカソー
ドに、エミツタはダイオード群D3、抵抗４４の
直列回路を介して帰還抵抗Rfの他端に接続され
ている。
以上の構成により変換部２５又は３０の出力電
圧Vpは２線式の伝送路l1、l2に電流出力に変換さ
れて負荷３４に供給される。抵抗４０の抵抗値を
調節することにより変換部２５又は３０の出力電
圧Vpがゼロのときの電流出力（４ｍＡ）を調節
することができる。
圧Vpは２線式の伝送路l1、l2に電流出力に変換さ
れて負荷３４に供給される。抵抗４０の抵抗値を
調節することにより変換部２５又は３０の出力電
圧Vpがゼロのときの電流出力（４ｍＡ）を調節
することができる。
第６図は普通形ゲージ１８，２４の２個をアル
ミ配線４５で接続し、かつ各普通形ゲージ１８，
２４の各点より多数のアルミ配線４６，４７を引
出し、各々これ等のアルミ配線を引出点の他端で
あらかじめ接続しておき必要な個所をレーザで焼
き切り、非直線性の補償量を調節する。普通形ゲ
ージ１８と２４は印加圧力Ｐの増加に対して歪ゲ
ージの抵抗変化の方向が逆であるので、印加圧力
Ｐの変化に対し正負いずれの方向の非直線性でも
補償することができる。
ミ配線４５で接続し、かつ各普通形ゲージ１８，
２４の各点より多数のアルミ配線４６，４７を引
出し、各々これ等のアルミ配線を引出点の他端で
あらかじめ接続しておき必要な個所をレーザで焼
き切り、非直線性の補償量を調節する。普通形ゲ
ージ１８と２４は印加圧力Ｐの増加に対して歪ゲ
ージの抵抗変化の方向が逆であるので、印加圧力
Ｐの変化に対し正負いずれの方向の非直線性でも
補償することができる。
第１図において拡散抵抗２６は必要に応じて省
略することができる。また、第４図においては抵
抗３２と通常形ゲージ１８の直列抵抗を増幅器
Q6の入力抵抗として挿入してあるが、この構成
に限定されるものではなく、例えばこの直列抵抗
を抵抗３１の代りに挿入し増幅器Q6の入力抵抗
として適当な固定抵抗を用いて−Ｖ電圧を印加す
る構成としも非直線性の補償をすることができ
る。
略することができる。また、第４図においては抵
抗３２と通常形ゲージ１８の直列抵抗を増幅器
Q6の入力抵抗として挿入してあるが、この構成
に限定されるものではなく、例えばこの直列抵抗
を抵抗３１の代りに挿入し増幅器Q6の入力抵抗
として適当な固定抵抗を用いて−Ｖ電圧を印加す
る構成としも非直線性の補償をすることができ
る。
更にセンサ部分はダイヤフラム１０をｎ形のシ
リコン単結晶とし、この上に伝導形がＰ形の不純
物を拡散してゲージを作る例をとり説明したが、
これ等と逆の伝導形式のものとしても良く、また
拡散法でなく例えばイオン注入法でゲージを形成
しても良い。また、ダイヤフラムは円形のものを
示したが、角形ダイヤフラムでも良い。
リコン単結晶とし、この上に伝導形がＰ形の不純
物を拡散してゲージを作る例をとり説明したが、
これ等と逆の伝導形式のものとしても良く、また
拡散法でなく例えばイオン注入法でゲージを形成
しても良い。また、ダイヤフラムは円形のものを
示したが、角形ダイヤフラムでも良い。
第１図および第４図に示す変換部２５，３０は
図の上では各素子がデスクリートな構成として示
してあるが、これ等は例えば第２図に示すダイヤ
フラム１０の固定部１３のシリコン単結晶の上に
IC技術で１体に作製することができる。
図の上では各素子がデスクリートな構成として示
してあるが、これ等は例えば第２図に示すダイヤ
フラム１０の固定部１３のシリコン単結晶の上に
IC技術で１体に作製することができる。
＜発明の効果＞
以上、実施例と共に具体的に説明した様に本発
明によれば、通常形ゲージを剪断形ゲージに１個
付加する簡単な構成で直線性の補償ができるの
で、従来の如く出力信号を帰還して直線性を補償
する方式に比べて安定に動作し、更に圧力センサ
独自で直線性を補償できるので圧力センサと変換
部との間の互換性がとり易くなる。また、通常形
ゲージ、剪断形ゲージおよび拡散抵抗の不純物濃
度を同じに作製し、配置を近接し温度差が変化し
ないようにすれば周囲温度により抵抗値が変化し
ても剪断形ゲージに印加される補償すべき電圧に
変化はなく、温度に対して安定に動作し好都合で
ある。
明によれば、通常形ゲージを剪断形ゲージに１個
付加する簡単な構成で直線性の補償ができるの
で、従来の如く出力信号を帰還して直線性を補償
する方式に比べて安定に動作し、更に圧力センサ
独自で直線性を補償できるので圧力センサと変換
部との間の互換性がとり易くなる。また、通常形
ゲージ、剪断形ゲージおよび拡散抵抗の不純物濃
度を同じに作製し、配置を近接し温度差が変化し
ないようにすれば周囲温度により抵抗値が変化し
ても剪断形ゲージに印加される補償すべき電圧に
変化はなく、温度に対して安定に動作し好都合で
ある。
第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２
図は第１図に示すセンサ部の構成を示す構成図、
第３図は剪断形ゲージの特性を示す特性図、第４
図は本発明の他の実施例を示す回路図、第５図は
第１図又は第４図に示す変換部を２線式半導体圧
力変換器として構成した実施例を示すブロツク
図、第６図は第２図に示すゲージの他の実施例を
示す構成図、第７図は従来の半導体圧力変換器の
構成を示す回路図、第８図は普通形ゲージの特性
を示す特性図である。 １……圧力センサ、２，３，１８，２４……普
通形ゲージ、１０……ダイヤフラム、１１……凹
部、１２……起歪部、１３……固定部、１７……
剪断形ゲージ、２５，３０……変換部、２６……
拡散抵抗、３４……負荷、Q1〜Q6，Q8，Q9……
増幅器、τs……剪断応力、Vp，Vp……出力電圧、
CC……定電流回路。
図は第１図に示すセンサ部の構成を示す構成図、
第３図は剪断形ゲージの特性を示す特性図、第４
図は本発明の他の実施例を示す回路図、第５図は
第１図又は第４図に示す変換部を２線式半導体圧
力変換器として構成した実施例を示すブロツク
図、第６図は第２図に示すゲージの他の実施例を
示す構成図、第７図は従来の半導体圧力変換器の
構成を示す回路図、第８図は普通形ゲージの特性
を示す特性図である。 １……圧力センサ、２，３，１８，２４……普
通形ゲージ、１０……ダイヤフラム、１１……凹
部、１２……起歪部、１３……固定部、１７……
剪断形ゲージ、２５，３０……変換部、２６……
拡散抵抗、３４……負荷、Q1〜Q6，Q8，Q9……
増幅器、τs……剪断応力、Vp，Vp……出力電圧、
CC……定電流回路。
Claims (1)
- １ 半導体ダイヤフラムの起歪部に形成された剪
断形ゲージと、前記剪断形ゲージと同じ不純物濃
度を有し前記半導体ダイヤフラムに印加される印
加圧力に応答して抵抗値が変化する通常形ゲージ
と、前記印加圧力の変化に無関係で前記不純物濃
度と等しい拡散ゲージと、前記通常形ゲージと前
記拡散ゲージの抵抗値の少なくとも一方の大きさ
を調整して前記剪断形ゲージに印加される駆動電
圧を補償する補償手段とを具備し、前記補償手段
により前記剪断形ゲージの前記印加圧力に対する
出力の非直線誤差を補償すると共に前記剪断形ゲ
ージと等しい不純物濃度の前記各ゲージにより温
度誤差を補償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 |
|---|---|---|---|
| JP5364685A JPS61212740A (ja) | 1985-03-18 | 1985-03-18 | 半導体圧力変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5364685A JPS61212740A (ja) | 1985-03-18 | 1985-03-18 | 半導体圧力変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61212740A JPS61212740A (ja) | 1986-09-20 |
| JPH0445059B2 true JPH0445059B2 (ja) | 1992-07-23 |
Family
ID=12948653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5364685A Granted JPS61212740A (ja) | 1985-03-18 | 1985-03-18 | 半導体圧力変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61212740A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0221759U (ja) * | 1988-07-28 | 1990-02-14 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58182529A (ja) * | 1982-04-19 | 1983-10-25 | Toshiba Corp | 半導体圧力変換装置 |
-
1985
- 1985-03-18 JP JP5364685A patent/JPS61212740A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58182529A (ja) * | 1982-04-19 | 1983-10-25 | Toshiba Corp | 半導体圧力変換装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61212740A (ja) | 1986-09-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |