JPH0445061B2 - - Google Patents
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- JPH0445061B2 JPH0445061B2 JP60057749A JP5774985A JPH0445061B2 JP H0445061 B2 JPH0445061 B2 JP H0445061B2 JP 60057749 A JP60057749 A JP 60057749A JP 5774985 A JP5774985 A JP 5774985A JP H0445061 B2 JPH0445061 B2 JP H0445061B2
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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
- G01L9/065—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 with temperature compensating means
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温度誤差を効果的に補
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温度誤差を効果的に補
償する半導体圧力変換器の改良に関する。
＜従来技術＞
温度誤差を補償した従来の半導体圧力変換器の
１例を第５図に示し、これについて説明する。
１例を第５図に示し、これについて説明する。
圧力センサPSは、半導体のストレンゲージr1、
r2、r3、r4で各辺をなすブリツジ回路で構成され、
その電源端には電圧Ｖが印加されている。その出
力端の電圧V1、V2はバツフア用の増幅器Q1、Q2
でそれぞれバツフアされ、抵抗R1、R2を介して
増幅器Q3の非反転入力端（＋）と反転入力端
（−）に供給される。増幅器Q3の非反転入力端
（＋）の直流バイアス電圧は、電圧Ｖを抵抗R3、
R4で分圧して与えられている。また、その反転
入力端（−）と出力端との間には抵抗R5が接続
されている。ここで、抵抗R1〜R5の関係をR1＝
R2、R3＝R4＝2R5とすると増幅器Q3の出力電圧
V3は次式で表わすことができる。
r2、r3、r4で各辺をなすブリツジ回路で構成され、
その電源端には電圧Ｖが印加されている。その出
力端の電圧V1、V2はバツフア用の増幅器Q1、Q2
でそれぞれバツフアされ、抵抗R1、R2を介して
増幅器Q3の非反転入力端（＋）と反転入力端
（−）に供給される。増幅器Q3の非反転入力端
（＋）の直流バイアス電圧は、電圧Ｖを抵抗R3、
R4で分圧して与えられている。また、その反転
入力端（−）と出力端との間には抵抗R5が接続
されている。ここで、抵抗R1〜R5の関係をR1＝
R2、R3＝R4＝2R5とすると増幅器Q3の出力電圧
V3は次式で表わすことができる。
V3＝R5／R1（V1−V2）＋Ｖ／２ ……(1)
この出力電圧V3は抵抗R6を介して増幅器Q4の
反転入力端（−）に供給される。増幅器Q4の反
転入力端のバイアス電圧としては、温度依存性の
あるダイオードD1と抵抗Rx、Ryで分圧した電圧
が印加されている。また、その反転入力端（−）
と出力端との間には抵抗R9が接続されている。
更に、増幅器Q4の非反転入力端（＋）には電圧
Ｖを抵抗R7、R8で分圧した電圧が印加されてい
る。この構成によれば増幅器Q4の出力端の出力
電圧V4は次式で表わすことができる。
反転入力端（−）に供給される。増幅器Q4の反
転入力端のバイアス電圧としては、温度依存性の
あるダイオードD1と抵抗Rx、Ryで分圧した電圧
が印加されている。また、その反転入力端（−）
と出力端との間には抵抗R9が接続されている。
更に、増幅器Q4の非反転入力端（＋）には電圧
Ｖを抵抗R7、R8で分圧した電圧が印加されてい
る。この構成によれば増幅器Q4の出力端の出力
電圧V4は次式で表わすことができる。
V4＝−R9／R6・R5／R1（V1−V2）＋R9（１／Ry−１／
Rx）・Ｖ／２＋R9／RxVD＋Ｖ／２……(2) ここで、R7＝R8とし、VDはダイオードD1の基
準温度t0のときの順方向降下電圧としてある。
Rx）・Ｖ／２＋R9／RxVD＋Ｖ／２……(2) ここで、R7＝R8とし、VDはダイオードD1の基
準温度t0のときの順方向降下電圧としてある。
いま、基準温度t0で印加圧力Ｐが零の零点状態
のとき、増幅器Q4の出力電圧V4はストレンゲー
ジr1〜r4を適切に選べば、差動出力（v1−v2）を
零にすることができるので、これを(2)式に代入す
ると、 V4(t=t0)＝R9（１／Ry−１／Rx）Ｖ／２＋R9／RxVD＋
Ｖ／２ ……(3) となる。
のとき、増幅器Q4の出力電圧V4はストレンゲー
ジr1〜r4を適切に選べば、差動出力（v1−v2）を
零にすることができるので、これを(2)式に代入す
ると、 V4(t=t0)＝R9（１／Ry−１／Rx）Ｖ／２＋R9／RxVD＋
Ｖ／２ ……(3) となる。
次に、温度ｔがt0からt1に変化し、それに応じ
てダイオードD1の順方向降下電圧VDがΔVDだけ
変化、差動電圧（V1−V2）がΔVだけ変化したと
すれば、出力電圧V4は次の様になる。
てダイオードD1の順方向降下電圧VDがΔVDだけ
変化、差動電圧（V1−V2）がΔVだけ変化したと
すれば、出力電圧V4は次の様になる。
V4(t=t1)＝−R9／R6・R5／R1ΔV＋R9（１／Ry−１／R
x）Ｖ／２ ＋R9／Rx（VD＋ΔVD）＋Ｖ／２ ……(4) ここで、基準温度t0から規定温度t1に変化した
ときに出力が変化しないためには、 −R9／R6・R5／R1ΔV＋R9／Rx・ΔVD＝０ ……(5) とすれば良い。ダイオードD1の順方向降下電圧
の温度による変化量ΔVDは−２ｍＶ／℃で大体一
定であるから、圧力センサPSからの温度ゼロシ
フト量は抵抗Rxを調整して零にする。すなわち、 Rx＝ΔVD／ΔV・R1／R5・R6 ……(6) となる。
x）Ｖ／２ ＋R9／Rx（VD＋ΔVD）＋Ｖ／２ ……(4) ここで、基準温度t0から規定温度t1に変化した
ときに出力が変化しないためには、 −R9／R6・R5／R1ΔV＋R9／Rx・ΔVD＝０ ……(5) とすれば良い。ダイオードD1の順方向降下電圧
の温度による変化量ΔVDは−２ｍＶ／℃で大体一
定であるから、圧力センサPSからの温度ゼロシ
フト量は抵抗Rxを調整して零にする。すなわち、 Rx＝ΔVD／ΔV・R1／R5・R6 ……(6) となる。
＜発明の解決しようとする問題点＞
しかしながら、この様な圧力変換器はゼロ点に
対しては温度補償がなされるが、スパンに対して
は温度補償がなされていない。また、圧力センサ
からの温度ゼロシフトは正のものも負のものもあ
るが、この圧力変換器では負の方向しか温度補償
されない欠点がある。
対しては温度補償がなされるが、スパンに対して
は温度補償がなされていない。また、圧力センサ
からの温度ゼロシフトは正のものも負のものもあ
るが、この圧力変換器では負の方向しか温度補償
されない欠点がある。
更に、基準温度t0でゼロ調整を行い、次に基準
温度t1において抵抗Rxで調整を行なうとゼロ点の
変動を来たし、再度ゼロ調整を行う必要がある。
この後、確認のため基準温度t1にするなど周囲温
度を何回も変更しなければならない面倒がある。
温度t1において抵抗Rxで調整を行なうとゼロ点の
変動を来たし、再度ゼロ調整を行う必要がある。
この後、確認のため基準温度t1にするなど周囲温
度を何回も変更しなければならない面倒がある。
＜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
導体ダイアフラムの起歪部に形成された剪断形ゲ
ージと、この剪断形ゲージの電源端に駆動電圧を
印加する駆動回路と、剪断形ゲージの出力端から
の印加圧力に対応した出力電圧を増幅する第１反
転増幅器と、第１バイアス抵抗とゼロ調整抵抗と
が直列に第１接続点で接続され第１反転増幅器の
出力電圧をこの反転入力端に帰還すると共に駆動
電圧が第１接続点に印加され基準温度においてゼ
ロ調整抵抗によりゼロ点が調整された第１直列回
路と、基準温度と周囲温度との差に関連し基準温
度ではゼロとなる温度信号を発生する温度信号発
生回路と、この温度信号発生回路と駆動回路との
間に接続され温度信号に対応して駆動電圧を調整
する温度スパン調整抵抗と、第２バイアス抵抗と
温度ゼロ調整抵抗とが直列に第２接続点で接続さ
れて第１直列回路に並列に接続され温度信号が第
２接続点に印加された第２直列回路と、基準温度
においてスパンに対応する印加圧力が加えられた
状態でスパンを調整するスパン調整抵抗が反転入
力端と出力端との間に接続されこの反転入力端に
第１反転増幅器の出力電圧が入力される第２反転
増幅器とを具備し、基準状態におけるゼロ点とス
パン及び所定温度範囲での温度ゼロと温度スパン
とのシフトがいずれも相互干渉を起こすことなく
調整できるようにしたものである。
導体ダイアフラムの起歪部に形成された剪断形ゲ
ージと、この剪断形ゲージの電源端に駆動電圧を
印加する駆動回路と、剪断形ゲージの出力端から
の印加圧力に対応した出力電圧を増幅する第１反
転増幅器と、第１バイアス抵抗とゼロ調整抵抗と
が直列に第１接続点で接続され第１反転増幅器の
出力電圧をこの反転入力端に帰還すると共に駆動
電圧が第１接続点に印加され基準温度においてゼ
ロ調整抵抗によりゼロ点が調整された第１直列回
路と、基準温度と周囲温度との差に関連し基準温
度ではゼロとなる温度信号を発生する温度信号発
生回路と、この温度信号発生回路と駆動回路との
間に接続され温度信号に対応して駆動電圧を調整
する温度スパン調整抵抗と、第２バイアス抵抗と
温度ゼロ調整抵抗とが直列に第２接続点で接続さ
れて第１直列回路に並列に接続され温度信号が第
２接続点に印加された第２直列回路と、基準温度
においてスパンに対応する印加圧力が加えられた
状態でスパンを調整するスパン調整抵抗が反転入
力端と出力端との間に接続されこの反転入力端に
第１反転増幅器の出力電圧が入力される第２反転
増幅器とを具備し、基準状態におけるゼロ点とス
パン及び所定温度範囲での温度ゼロと温度スパン
とのシフトがいずれも相互干渉を起こすことなく
調整できるようにしたものである。
＜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を薄
くした起歪部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を薄
くした起歪部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。
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。
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ωであり、この剪断形ゲージの長さ方向に
電源端１８，１９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
２０，２１に得られる。しかし、電源端１８と１
９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ωであり、この剪断形ゲージの長さ方向に
電源端１８，１９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
２０，２１に得られる。しかし、電源端１８と１
９間の抵抗は印加圧力Ｐにより変化を受けない。
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２２の構成を示す回路図
である。
を電圧に変換する変換部２２の構成を示す回路図
である。
図において、剪断形ゲージ１７の電源端１８，
１９は増幅器Q5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。増幅器Q5の出力端
と反転入力端（−）との間には抵抗R10が接続さ
れると共に反転入力端（−）には抵抗R11を介し
て負電圧−Ｖが印加されている。非反転入力端
（＋）は共通電位点COMに接続されている。以上
の構成で駆動回路をなし増幅器Q5の出力端に駆
動電圧Esを得ている。
１９は増幅器Q5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。増幅器Q5の出力端
と反転入力端（−）との間には抵抗R10が接続さ
れると共に反転入力端（−）には抵抗R11を介し
て負電圧−Ｖが印加されている。非反転入力端
（＋）は共通電位点COMに接続されている。以上
の構成で駆動回路をなし増幅器Q5の出力端に駆
動電圧Esを得ている。
剪断形ゲージ１７の出力端２０，２１は差動増
幅器を構成する増幅器Q6の入力端に接続され、
出力電圧Vsを差動増幅器に与えている。増幅器
Q6の非反転入力端（＋）は出力端２０と共通電
位点COMとの間に直列に接続された抵抗R12、
R13の分圧点に接続されている。一方、反転入力
端（−）は抵抗R14を介して出力端２１に接続さ
れると共に増幅器Q6の出力端と抵抗R15を介して
接続されている。増幅器Q7の反転入力端（−）
は増幅器Q6の出力端と抵抗R16を介して接続され
ると共に増幅器Q7の出力端と抵抗R17を介して接
続されている。その非反転入力端（＋）は共通電
位点COMに接続されている。更に、増幅器Q8の
反転入力端（−）は増幅器Q7の出力端と抵抗R18
を介して接続されると共に増幅器Q8の出力端２
３と可変抵抗R19を介して接続されている。増幅
器Q8の非反転入力端（＋）は共通電位点COMに
接続されている。可変抵抗R19の抵抗値を変える
ことによりスパンを変更する。
幅器を構成する増幅器Q6の入力端に接続され、
出力電圧Vsを差動増幅器に与えている。増幅器
Q6の非反転入力端（＋）は出力端２０と共通電
位点COMとの間に直列に接続された抵抗R12、
R13の分圧点に接続されている。一方、反転入力
端（−）は抵抗R14を介して出力端２１に接続さ
れると共に増幅器Q6の出力端と抵抗R15を介して
接続されている。増幅器Q7の反転入力端（−）
は増幅器Q6の出力端と抵抗R16を介して接続され
ると共に増幅器Q7の出力端と抵抗R17を介して接
続されている。その非反転入力端（＋）は共通電
位点COMに接続されている。更に、増幅器Q8の
反転入力端（−）は増幅器Q7の出力端と抵抗R18
を介して接続されると共に増幅器Q8の出力端２
３と可変抵抗R19を介して接続されている。増幅
器Q8の非反転入力端（＋）は共通電位点COMに
接続されている。可変抵抗R19の抵抗値を変える
ことによりスパンを変更する。
増幅器Q7、Q8の各反転入力端（−）には抵抗
R20と可変抵抗R21の直列回路が接続され、抵抗
R20と可変抵抗R21との接続点は、増幅器Q5の出
力端と接続され駆動電圧Esが印加されている。可
変抵抗R21を調整することによりゼロ点が調整で
きる。なお、増幅器Q5〜Q8の各電源端には正負
の電圧＋Ｖ、−Ｖが印加されている。
R20と可変抵抗R21の直列回路が接続され、抵抗
R20と可変抵抗R21との接続点は、増幅器Q5の出
力端と接続され駆動電圧Esが印加されている。可
変抵抗R21を調整することによりゼロ点が調整で
きる。なお、増幅器Q5〜Q8の各電源端には正負
の電圧＋Ｖ、−Ｖが印加されている。
２４は温度信号発生回路である。正電圧＋Ｖと
負電圧−Ｖが与えられる電源間に可変抵抗R22、
R23とダイオードで構成された温度センサTHが直
列に接続され、可変抵抗R22、R23の接続点と増
幅器Q5の反転入力端（−）との間には温度スパ
ンシフト補償調整用の可変抵抗R24が接続されて
いる。更に、増幅器Q7、Q8の反転入力端の間に
抵抗R25と可変抵抗R26が直列に接続され、抵抗
R25と可変抵抗R26の接続点は可変抵抗R22、R23
の接続点に接続されている。可変抵抗R26は温度
ゼロシフト補償の調整用である。
負電圧−Ｖが与えられる電源間に可変抵抗R22、
R23とダイオードで構成された温度センサTHが直
列に接続され、可変抵抗R22、R23の接続点と増
幅器Q5の反転入力端（−）との間には温度スパ
ンシフト補償調整用の可変抵抗R24が接続されて
いる。更に、増幅器Q7、Q8の反転入力端の間に
抵抗R25と可変抵抗R26が直列に接続され、抵抗
R25と可変抵抗R26の接続点は可変抵抗R22、R23
の接続点に接続されている。可変抵抗R26は温度
ゼロシフト補償の調整用である。
次に、以上の様に構成された変換部２２の動作
について説明する。剪断形ゲージ１７の出力電圧
Vsは、剪断ピエゾ抵抗係数をπ、その温度係数
をβ、剪断形ゲージ１７に作用する剪断応力をτs
とすればπτs（１＋βt）Es（ｔ）に比例する（ｔは
温度）が、実際には出力端２０，２１には印加圧
力Ｐがゼロのときにもオフセツト電圧が発生しこ
れも加算される。そこで、出力係数をK1（定数）、
オフセツト係数をK2（ｔ）とすれば、出力電圧Vs
は次式で表わされる。
について説明する。剪断形ゲージ１７の出力電圧
Vsは、剪断ピエゾ抵抗係数をπ、その温度係数
をβ、剪断形ゲージ１７に作用する剪断応力をτs
とすればπτs（１＋βt）Es（ｔ）に比例する（ｔは
温度）が、実際には出力端２０，２１には印加圧
力Ｐがゼロのときにもオフセツト電圧が発生しこ
れも加算される。そこで、出力係数をK1（定数）、
オフセツト係数をK2（ｔ）とすれば、出力電圧Vs
は次式で表わされる。
Vs＝K1πτs（１＋βt）Es（ｔ）
＋K2（ｔ）Es（ｔ） ……(7)
出力電圧Vsを増幅器Q6で増幅した出力電圧E1
は、R12＝R14、R13＝R15として E1＝R15／R14Vs ……(8) となる。出力電圧E1をさらに増幅器Q7で増幅し
た出力電圧E2は、 E2＝−R17／R16E1−R17／R20Es（ｔ）−R17／R25Vt…
…(9) となる。ただし、Vtは可変抵抗R22、R23の接続
点における温度信号電圧である。
は、R12＝R14、R13＝R15として E1＝R15／R14Vs ……(8) となる。出力電圧E1をさらに増幅器Q7で増幅し
た出力電圧E2は、 E2＝−R17／R16E1−R17／R20Es（ｔ）−R17／R25Vt…
…(9) となる。ただし、Vtは可変抵抗R22、R23の接続
点における温度信号電圧である。
この出力電圧E2を増幅器Q8で更に増幅した出
力電圧E3は、 E3＝−R19／R18E2−R19／R21Es（ｔ）−R19／R26Vt……
(10) となる。(7)〜(9)式を(10)式に代入して、 E3＝R19／R18・R17／R16・R15／R14〔K1πτs（１＋
βt）Es（ｔ）＋K2（ｔ）Es（ｔ）〕 −Vt（R19／R26−R19／R18・R17／R25）＋Es（ｔ）
（R19／R18・R17／R20−R19／R21）……(11) となる。
力電圧E3は、 E3＝−R19／R18E2−R19／R21Es（ｔ）−R19／R26Vt……
(10) となる。(7)〜(9)式を(10)式に代入して、 E3＝R19／R18・R17／R16・R15／R14〔K1πτs（１＋
βt）Es（ｔ）＋K2（ｔ）Es（ｔ）〕 −Vt（R19／R26−R19／R18・R17／R25）＋Es（ｔ）
（R19／R18・R17／R20−R19／R21）……(11) となる。
次に、温度信号電圧Vtを求める。温度信号電
圧Vtは可変抵抗R23での電圧降下と温度センサTH
でのダイオード５個の順方向降下電圧5VDの和に
−Ｖを加えた電圧に等しいので、 Vt＝R23（−Vt／R25−Vt／R24−Vt／R26＋Ｖ−Vt／R2
2） ＋5VD−Ｖ ……(12) の式を得る。これを変形すると、 Vt＝−Ｖ／R23＋Ｖ／R22＋5VD／R23／１／R26＋１／R
25＋１／R24＋１／R23＋１／R22……(13) となる。また、増幅器Q5の駆動電圧Esは、 Es＝R10／R11Ｖ−R10／R24Vt ……(14) となる。
圧Vtは可変抵抗R23での電圧降下と温度センサTH
でのダイオード５個の順方向降下電圧5VDの和に
−Ｖを加えた電圧に等しいので、 Vt＝R23（−Vt／R25−Vt／R24−Vt／R26＋Ｖ−Vt／R2
2） ＋5VD−Ｖ ……(12) の式を得る。これを変形すると、 Vt＝−Ｖ／R23＋Ｖ／R22＋5VD／R23／１／R26＋１／R
25＋１／R24＋１／R23＋１／R22……(13) となる。また、増幅器Q5の駆動電圧Esは、 Es＝R10／R11Ｖ−R10／R24Vt ……(14) となる。
次に、調整手順について説明する。先ず、基準
温度t0の状態において可変抵抗R22、R23を調整し
て（13）式の右辺つまり温度信号電圧Vtをゼロ
にする。次に、印加圧力Ｐを零とし、このときは
τs＝０であるので、（11）式は E3（Ｐ＝０）＝〔R19／R18・R17／R16・R15／R14K2（
t0）＋R19／R18・R17／R20−R19／R21〕Es（t0）……(1
5) となる。ここで、（15）式の右辺は可変抵抗R21
を調整してゼロにする。
温度t0の状態において可変抵抗R22、R23を調整し
て（13）式の右辺つまり温度信号電圧Vtをゼロ
にする。次に、印加圧力Ｐを零とし、このときは
τs＝０であるので、（11）式は E3（Ｐ＝０）＝〔R19／R18・R17／R16・R15／R14K2（
t0）＋R19／R18・R17／R20−R19／R21〕Es（t0）……(1
5) となる。ここで、（15）式の右辺は可変抵抗R21
を調整してゼロにする。
次に、基準温度t0から規定温度t1に変えると
（15）式のオフセツト係数K2（ｔ）と駆動電圧Es
（ｔ）が変化して（15）式の第１項によりゼロ出
力E3（Ｐ＝０）が生ずる。そこで、温度ゼロ調整
用の可変抵抗R26を調整して（11）式のVtの係数
をゼロにして（15）式の右辺をゼロにする。
（15）式のオフセツト係数K2（ｔ）と駆動電圧Es
（ｔ）が変化して（15）式の第１項によりゼロ出
力E3（Ｐ＝０）が生ずる。そこで、温度ゼロ調整
用の可変抵抗R26を調整して（11）式のVtの係数
をゼロにして（15）式の右辺をゼロにする。
以上のゼロ調整の後は、規定温度t1から基準温
度t0の状態に戻しても、可変抵抗R26を変えては
いるが、基準温度t0で温度信号電圧Vtをゼロに調
整してあるので（15）式の右辺はゼロとなり、印
加圧力Ｐがゼロであれば基準温度t0と規定温度t1
の間では常にE3＝０となる。これ等の調整の後
は（11）式は次の様になる。
度t0の状態に戻しても、可変抵抗R26を変えては
いるが、基準温度t0で温度信号電圧Vtをゼロに調
整してあるので（15）式の右辺はゼロとなり、印
加圧力Ｐがゼロであれば基準温度t0と規定温度t1
の間では常にE3＝０となる。これ等の調整の後
は（11）式は次の様になる。
E3＝R19／R18・R17／R16・R15／R14K1πτs（１＋βt）
Es（ｔ） ……(16) 次にスパンの設定について説明する。先ず、基
準温度t0で印加圧力Ｐを100％にしてダイヤフラ
ムに印加し、スパン設定用の可変抵抗R19により
出力電圧E3が100％を示す様に調整する。以上の
操作により基準温度t0でのスパン設定ができる。
この操作により可変抵抗R19の抵抗値が変更され
るが、（16）式にはゼロ出力項がないのでゼロ点
には影響を与えない。また、駆動電圧Esは（14）
式で与えられるが、基準温度t0ではVt＝０に調整
されているので、 Es＝R10／R11Ｖ ……(17) となつている。しかし、基準温度t0から規定温度
t1まで温度が上昇すると、温度係数βの存在によ
り出力電圧E3（（16）式）が減少するが、同時に
（14）式で示す温度信号電圧Vtが生じ駆動電圧Es
を上げ補償する。その補償の程度は温度スパン補
正用の可変抵抗R24を調整することにより実行で
き、結局スパン誤差を除去できる。可変抵抗R24
を変化させた状態で基準温度t0に戻しても、基準
温度t0ではVt＝０であるので（17）式が成立し、
（15）式よりゼロ点への影響はない。
Es（ｔ） ……(16) 次にスパンの設定について説明する。先ず、基
準温度t0で印加圧力Ｐを100％にしてダイヤフラ
ムに印加し、スパン設定用の可変抵抗R19により
出力電圧E3が100％を示す様に調整する。以上の
操作により基準温度t0でのスパン設定ができる。
この操作により可変抵抗R19の抵抗値が変更され
るが、（16）式にはゼロ出力項がないのでゼロ点
には影響を与えない。また、駆動電圧Esは（14）
式で与えられるが、基準温度t0ではVt＝０に調整
されているので、 Es＝R10／R11Ｖ ……(17) となつている。しかし、基準温度t0から規定温度
t1まで温度が上昇すると、温度係数βの存在によ
り出力電圧E3（（16）式）が減少するが、同時に
（14）式で示す温度信号電圧Vtが生じ駆動電圧Es
を上げ補償する。その補償の程度は温度スパン補
正用の可変抵抗R24を調整することにより実行で
き、結局スパン誤差を除去できる。可変抵抗R24
を変化させた状態で基準温度t0に戻しても、基準
温度t0ではVt＝０であるので（17）式が成立し、
（15）式よりゼロ点への影響はない。
以上説明した様に温度ゼロシフト、温度スパン
シフトの補正は相互干渉なく個別にしかも容易に
調整でき、かつ基準温度と規定温度の２点の温度
を一度設定するだけで調整が完了する。すなわ
ち、ゼロ調整を剪断形ゲージの駆動電圧に比例し
た電圧を加減することにより行い、温度スパンシ
フトの補正を剪断形ゲージの駆動電圧に補償信号
を加算する構成としているので、温度スパンシフ
トの補正を行なつてもゼロ点への影響を与えな
い。また、基準温度t0と規定温度t1の絶対値も知
る必要もなく、調整時間の間一定であれば良いの
で、補償量を正確に調整できる。
シフトの補正は相互干渉なく個別にしかも容易に
調整でき、かつ基準温度と規定温度の２点の温度
を一度設定するだけで調整が完了する。すなわ
ち、ゼロ調整を剪断形ゲージの駆動電圧に比例し
た電圧を加減することにより行い、温度スパンシ
フトの補正を剪断形ゲージの駆動電圧に補償信号
を加算する構成としているので、温度スパンシフ
トの補正を行なつてもゼロ点への影響を与えな
い。また、基準温度t0と規定温度t1の絶対値も知
る必要もなく、調整時間の間一定であれば良いの
で、補償量を正確に調整できる。
第３図は第１図に示す変換部２２を用いて２線
式の圧力変換器を構成した場合の回路図である。
式の圧力変換器を構成した場合の回路図である。
電源２５は負荷２６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D2、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D3、帰還抵抗Rf
が直列に接続され、更に定電流回路CCはトラン
ジスタQ9のコレクタ・ベース間に接続されて、
ダイオードD3と帰還抵抗Rfとの接続点とトラン
ジスタQ9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R27、R28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Q10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２２の電源とされる
と共に増幅器Q10、Q11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D2、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D3、帰還抵抗Rf
が直列に接続され、更に定電流回路CCはトラン
ジスタQ9のコレクタ・ベース間に接続されて、
ダイオードD3と帰還抵抗Rfとの接続点とトラン
ジスタQ9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R27、R28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Q10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２２の電源とされる
と共に増幅器Q10、Q11の電源ともなる。
増幅器Q11の非反転入力端（＋）は変換部２２
の出力端２３と抵抗R29でそれぞれ接続され、更
に帰還抵抗Rfの一端と抵抗R30でそれぞれ接続さ
れ、出力端２３の出力電圧E3、電圧−Ｖおよび
帰還抵抗Rfの両端の電圧を抵抗R29、R30および
帰還抵抗Rfで分圧した電圧が印加されている。
の出力端２３と抵抗R29でそれぞれ接続され、更
に帰還抵抗Rfの一端と抵抗R30でそれぞれ接続さ
れ、出力端２３の出力電圧E3、電圧−Ｖおよび
帰還抵抗Rfの両端の電圧を抵抗R29、R30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Q11の反転入力端（−）は抵抗R31と可
変抵抗R32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R31の両端はそれぞれ抵抗
R32、R33を介して−Ｖ電圧が印加されている。
このため増幅器Q11の反転入力端（−）には電圧
−Ｖを抵抗R31〜R33で分圧した電圧が印加され
る。増幅器Q11の出力は抵抗R34を介して出力ト
ランジスタQ12のベースに印加される。出力トラ
ンジスタQ12のコレクタはダイオードD2のカソー
ドに、エミツタはダイオード群D4、抵抗R35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。
変抵抗R32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R31の両端はそれぞれ抵抗
R32、R33を介して−Ｖ電圧が印加されている。
このため増幅器Q11の反転入力端（−）には電圧
−Ｖを抵抗R31〜R33で分圧した電圧が印加され
る。増幅器Q11の出力は抵抗R34を介して出力ト
ランジスタQ12のベースに印加される。出力トラ
ンジスタQ12のコレクタはダイオードD2のカソー
ドに、エミツタはダイオード群D4、抵抗R35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２２の出力電圧E3は
２線式の伝送路l1、l2に電流出力に変換されて負
荷２６に供給される。可変抵抗R32の抵抗値を調
整することにより変換部２２の出力電圧E3がゼ
ロのときの電流出力（４ｍＡ）を調整することが
できる。
２線式の伝送路l1、l2に電流出力に変換されて負
荷２６に供給される。可変抵抗R32の抵抗値を調
整することにより変換部２２の出力電圧E3がゼ
ロのときの電流出力（４ｍＡ）を調整することが
できる。
第４図は温度センサとその関連部分の各種の実
施例を示したものである。第４図イ〜ハは温度信
号電圧Vtを取り出すのにトランジスタのベー
ス・エミツタ間の温度特性を利用したものであ
り、イはトランジスタQ13のベース・コレクタ間
に挿入された可変抵抗R35を調整してコレクタよ
り温度信号電圧Vtを取り出すものであり、ロは
トランジスタQ14のベース・コレクタ間の可変抵
抗R36を調整してエミツタより温度信号電圧Vtを
取り出す例をそれぞれ示している。ハは一定電圧
ETが印加された増幅器Q15の帰還回路に挿入され
たトランジスタQ17のベース・エミツタ間の温度
特性を利用したものであり、増幅器Q15の出力電
圧を増幅器Q16に入力して増幅し増幅器Q15、Q16
の各出力端に挿入した可変抵抗R37により正負に
調整可能な温度信号電圧Vtを可変抵抗R37の中点
より得る様にしたものである。ニはサーミスタ
RTの温度特性を利用してサーミスタに直列に接
続された可変抵抗R38を可変してこれ等の接続点
より温度信号電圧Vtを得る様にしたものである。
ホは調整抵抗を変化させたときVtが全く変らな
いようバツフアアンプQ18を加えさらに、基準温
度t0でVt＝０を調整するのにCOMの電位を変化
させるものである。
施例を示したものである。第４図イ〜ハは温度信
号電圧Vtを取り出すのにトランジスタのベー
ス・エミツタ間の温度特性を利用したものであ
り、イはトランジスタQ13のベース・コレクタ間
に挿入された可変抵抗R35を調整してコレクタよ
り温度信号電圧Vtを取り出すものであり、ロは
トランジスタQ14のベース・コレクタ間の可変抵
抗R36を調整してエミツタより温度信号電圧Vtを
取り出す例をそれぞれ示している。ハは一定電圧
ETが印加された増幅器Q15の帰還回路に挿入され
たトランジスタQ17のベース・エミツタ間の温度
特性を利用したものであり、増幅器Q15の出力電
圧を増幅器Q16に入力して増幅し増幅器Q15、Q16
の各出力端に挿入した可変抵抗R37により正負に
調整可能な温度信号電圧Vtを可変抵抗R37の中点
より得る様にしたものである。ニはサーミスタ
RTの温度特性を利用してサーミスタに直列に接
続された可変抵抗R38を可変してこれ等の接続点
より温度信号電圧Vtを得る様にしたものである。
ホは調整抵抗を変化させたときVtが全く変らな
いようバツフアアンプQ18を加えさらに、基準温
度t0でVt＝０を調整するのにCOMの電位を変化
させるものである。
なお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。更に、ダイヤフラムは円形を例にと
り説明したが、角形でも良い。
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。更に、ダイヤフラムは円形を例にと
り説明したが、角形でも良い。
第１図に示す変換部２２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。
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
明によれば出力が０％のときにスパン調整抵抗に
電流が流れない様にしてあるので、スパン調整量
がゼロ調整量に干渉せず、更に基準温度から規定
温度までの温度変化による温度ゼロシフトと温度
スパンシフトを基準温度でゼロとなる温度電圧に
より補償するので、基準温度でのゼロ調整量とス
パン調整量に干渉しない。
明によれば出力が０％のときにスパン調整抵抗に
電流が流れない様にしてあるので、スパン調整量
がゼロ調整量に干渉せず、更に基準温度から規定
温度までの温度変化による温度ゼロシフトと温度
スパンシフトを基準温度でゼロとなる温度電圧に
より補償するので、基準温度でのゼロ調整量とス
パン調整量に干渉しない。
また、２点の温度を与えるだけで温度の絶対値
を知らなくてもゼロ点もスパンも共に相互干渉な
く個別に調整でき、更に剪断形ゲージを使用して
いる結果、従来の如く複数個の通常形ゲージを用
いるものに比べてゲージの配置場所に起因するゲ
ージ抵抗値の温度によるバラツキが少なく高精度
高安定な圧力変換器が安価に製作できる。
を知らなくてもゼロ点もスパンも共に相互干渉な
く個別に調整でき、更に剪断形ゲージを使用して
いる結果、従来の如く複数個の通常形ゲージを用
いるものに比べてゲージの配置場所に起因するゲ
ージ抵抗値の温度によるバラツキが少なく高精度
高安定な圧力変換器が安価に製作できる。
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図は第１図に示す変換部を用いて２線式の圧
力変換器を構成した場合の回路図、第４図は第１
図に示す温度センサとその関連部分の各種の実施
例を示した回路図、第５図は従来の半導体圧力変
換器の構成を示す回路図である。 １０……ダイヤフラム、１７……剪断形ゲー
ジ、２２……変換部、２４……温度補償回路、
PS……圧力センサ、Vt……温度信号電圧、Es…
…駆動電圧、Vs……出力電圧、TH……温度セン
サ、CC……定電流回路、Ｐ……印加圧力。
図は第１図に示すセンサ部の構成を示す構成図、
第３図は第１図に示す変換部を用いて２線式の圧
力変換器を構成した場合の回路図、第４図は第１
図に示す温度センサとその関連部分の各種の実施
例を示した回路図、第５図は従来の半導体圧力変
換器の構成を示す回路図である。 １０……ダイヤフラム、１７……剪断形ゲー
ジ、２２……変換部、２４……温度補償回路、
PS……圧力センサ、Vt……温度信号電圧、Es…
…駆動電圧、Vs……出力電圧、TH……温度セン
サ、CC……定電流回路、Ｐ……印加圧力。
Claims (1)
- １ 半導体ダイアフラムの起歪部に形成された剪
断形ゲージと、前記剪断形ゲージの電源端に駆動
電圧を印加する駆動回路と、前記剪断形ゲージの
出力端からの印加圧力に対応した出力電圧を増幅
する第１反転増幅器と、第１バイアス抵抗とゼロ
調整抵抗とが直列に第１接続点で接続され前記第
１反転増幅器の出力電圧をこの反転入力端に帰還
すると共に前記駆動電圧が前記第１接続点に印加
され基準温度において前記ゼロ調整抵抗によりゼ
ロ点が調整された第１直列回路と、前記基準温度
と周囲温度との差に関連し前記基準温度ではゼロ
となる温度信号を発生する温度信号発生回路と、
この温度信号発生回路と前記駆動回路との間に接
続され前記温度信号に対応して前記駆動電圧を調
整する温度スパン調整抵抗と、第２バイアス抵抗
と温度ゼロ調整抵抗とが直列に第２接続点で接続
されて前記第１直列回路に並列に接続され前記温
度信号が前記第２接続点に印加された第２直列回
路と、前記基準温度においてスパンに対応する印
加圧力が加えられた状態でスパンを調整するスパ
ン調整抵抗が反転入力端と出力端との間に接続さ
れこの反転入力端に前記第１反転増幅器の出力電
圧が入力される第２反転増幅器とを具備し、前記
基準状態におけるゼロ点とスパン及び所定温度範
囲での温度ゼロと温度スパンとのシフトがいずれ
も相互干渉を起こすことなく調整できるようにし
た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 |
|---|---|---|---|
| JP5774985A JPS61215936A (ja) | 1985-03-22 | 1985-03-22 | 半導体圧力変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5774985A JPS61215936A (ja) | 1985-03-22 | 1985-03-22 | 半導体圧力変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61215936A JPS61215936A (ja) | 1986-09-25 |
| JPH0445061B2 true JPH0445061B2 (ja) | 1992-07-23 |
Family
ID=13064539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5774985A Granted JPS61215936A (ja) | 1985-03-22 | 1985-03-22 | 半導体圧力変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61215936A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5128910B2 (ja) * | 2007-11-14 | 2013-01-23 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 温度補正装置及び温度補正方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5574412A (en) * | 1978-11-30 | 1980-06-05 | Toshiba Corp | Pressure transducer |
| JPS5663227A (en) * | 1979-10-30 | 1981-05-29 | Toshiba Corp | Pressure detecting device |
| JPS5862533A (ja) * | 1981-09-18 | 1983-04-14 | ドワイア−・インストウルメンツ・インコ−ポレ−テツド | 圧力計 |
| JPS58140604A (ja) * | 1982-02-17 | 1983-08-20 | Hitachi Ltd | 温度補償回路付き集積化センサ |
| JPS59122923A (ja) * | 1982-12-28 | 1984-07-16 | Toshiba Corp | 圧力伝送器 |
-
1985
- 1985-03-22 JP JP5774985A patent/JPS61215936A/ja active Granted
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5574412A (en) * | 1978-11-30 | 1980-06-05 | Toshiba Corp | Pressure transducer |
| JPS5663227A (en) * | 1979-10-30 | 1981-05-29 | Toshiba Corp | Pressure detecting device |
| JPS5862533A (ja) * | 1981-09-18 | 1983-04-14 | ドワイア−・インストウルメンツ・インコ−ポレ−テツド | 圧力計 |
| JPS58140604A (ja) * | 1982-02-17 | 1983-08-20 | Hitachi Ltd | 温度補償回路付き集積化センサ |
| JPS59122923A (ja) * | 1982-12-28 | 1984-07-16 | Toshiba Corp | 圧力伝送器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61215936A (ja) | 1986-09-25 |
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