JPH0476046B2 - - Google Patents

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JPH0476046B2
JPH0476046B2 JP59027652A JP2765284A JPH0476046B2 JP H0476046 B2 JPH0476046 B2 JP H0476046B2 JP 59027652 A JP59027652 A JP 59027652A JP 2765284 A JP2765284 A JP 2765284A JP H0476046 B2 JPH0476046 B2 JP H0476046B2
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JP
Japan
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sensor
resistance value
resistor
amplifier
voltage
Prior art date
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Application number
JP59027652A
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English (en)
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JPS60171415A (ja
Inventor
Terutaka Hirata
Kyoshi Odohira
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.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP59027652A priority Critical patent/JPS60171415A/ja
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Publication of JPH0476046B2 publication Critical patent/JPH0476046B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/16Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying resistance

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 <発明の属する技術分野> 本発明は、圧力、差圧等の被測定物理量に応じ
て抵抗値が変化する可変抵抗を有するセンサを用
いた抵抗式変換装置に関するものである。
<従来技術> 例えば、半導体のピエゾ抵抗効果を利用したシ
リコン圧力センサにおいては、ピエゾ抵抗変化の
温度依存性が大きいため、温度変動による影響を
受ける欠点がある。このため一般には、サーミス
タ、ポジスタ、トランジスタ等の感温素子を用
い、温度変動に応じてセンサのブリツジ電源電圧
を制御することによつて補償を行つている。この
方法で精度よく補償を行うには、センサの温度依
存性と補償用感温素子の温度特性を一致させる必
要がある。しかしながら両者を一致させることは
容易でなく、高精度な補償は困難であつた。
<発明の目的> 本発明は、センサの温度係数による影響を受け
ず、高精度に被測定物理量を検出できる抵抗式変
換装置を実現するにある。
<発明の構成> 本発明は、被測定物理量に応じて抵抗値RM
変化する可変抵抗とこの可変抵抗の初期値と等し
い抵抗値RZを持つゼロ点用抵抗および一定の物
理量の印加に対応した抵抗値RSを持つスパン用
抵抗を有するセンサと、所定の電圧が印加された
演算増幅器の演算係数として先の可変抵抗と先の
ゼロ点用抵抗を用いこれらの各抵抗値の差(RM
−RZ)を演算する第1演算手段と先の電圧と同
一の電圧が印加された演算増幅器の演算係数とし
て先のスパン用抵抗と先のゼロ点用抵抗を用いこ
れらの各抵抗値の差(RS−RZ)を演算する第2
演算手段とを有しこの演算結果を用いて実質的に
(RM−RZ)/(RS−RZ)なる演算をして被測定
物理量に応じた信号を出力する信号処理回路とを
具備したことを特徴とするものである。
<実施例> 第1図は本発明装置の一実施例を示す接続図、
第2図は本発明装置に用いるセンサの一例を示す
構成説明図である。両図において、10はセンサ
で、20は信号処理回路である。センサ10は、
ピエゾ抵抗11a,11b,11cを有してい
る。ピエゾ抵抗11aはシリコン基板12の第1
のダイヤフラム部12aに、ピエゾ抵抗11bは
シリコン基板12の第2のダイヤフラム部12b
に、ピエゾ抵抗11cはシリコン基板12の固定
部12cに設けられている。シリコン基板12は
ガラス等の絶縁体13に取付けられており、その
第1のダイヤフラム部12aには絶縁体13の開
口13aを介して被測定圧力PMが与えられ、第
2のダイヤフラム部12bはネジ15により調整
できる恒弾性ばね合金であるNi−SpaoC等のバネ
14によつて押圧されている。またシリコン基板
12の外側は大気圧(または真空)とされてい
る。したがつて、ピエゾ抵抗11aは被測定圧力
PMに応じたダイヤフラム部12aの変形により、
その抵抗値RMが変化する可変抵抗である。また
ピエゾ抵抗11bはバネ14の押圧に応じたダイ
ヤフラム部12bの変形により、その抵抗値RS
が決るスパン抵抗であり、ピエゾ抵抗11cはそ
の抵抗RZが、被測定圧力RMおよびバネ14によ
る押圧の影響を受けないゼロ点用抵抗である。そ
して、ピエゾ抵抗11a,11b,11cは、被
測定圧力PMにより変化する応力をσM、バネ14
による一定応力をσS、ピエゾ抵抗係数をπ,σM
σSが零のときの初期抵抗値をRとしたとき、各抵
抗値RM,RS,RZが次式を満足するように構成さ
れている。
RM=R(1+σMπ) RS=R(1+σSπ) RZ=R ……(1) (1)式において、初期抵抗値Rとピエゾ抵抗係数π
にそれぞれ温度係数α,βがあり、基準温度のと
きの初期抵抗値をRO,基準温度のときのピエゾ
抵抗係数をπOおよび温度をtとすると、Rとπは
それぞれ次式で与えられる。
R=RO(1+αt) π=πO(1+βt) ……(2) 信号処理回路20において、21a,21b,2
1cは各々センサアンプで、センサアンプ21a
の帰還回路にセンサ10のピエゾ抵抗11aが、
センサアンプ21bの帰還回路にセンサ10のピ
エゾ抵抗11bが、センサアンプ21cの帰還回
路にセンサ10のピエゾ抵抗11cがそれぞれ接
続されている。22は誤差増幅器で、その出力
ECが抵抗値の等しい抵抗23a,23b,23
cをそれぞれ介してセンサアンプ21a,21
b,21cの入力に加えられている。24,25
は各々減算回路である。減算回路24は演算増幅
器24aと抵抗値の等しい4個の演算抵抗24
b,24c,24d,24eからなり、センサア
ンプ21bの出力ESとセンサアンプ21cの出力
EZとの差(ES−EZ)を演算して、誤差増幅器2
2の入力端子(−)に抵抗22aを介して加え
る。減算回路25は演算増幅器25aと抵抗値の
等しい4個の演算抵抗25b,25c,25d,
25eからなり、センサアンプ21aの出力EM
とセンサアンプ21cの出力EZとの差(EM−EZ
を演算して、出力端子OUTに出力電圧EOとして
与える。26は基準電圧源で、一定電圧ERを誤
差増幅器22の入力端子(+)に与える。
このように構成した本発明装置においては、セ
ンサアンプ21a,21b,21cの出力EM
ES,EZは抵抗23a,23b,23cの抵抗値
をRCとすると、 となり、減算回路24,25の出力EA,EOはそ
れぞれ次式の如くなる。
EA=−(ES−EZ)=1/RC(RS−RZ)EC ……(4) EO=−(EM−EZ)=1/RC(RM−RZ)EC ……(5) そして、誤差増幅器22により減算回路24の出
力EAが基準電圧ERと等しくなるように、センサ
アンプ21a,21b,21cの入力電圧EC
制御されるので、次式の関係が成立する。
1/RC(RS−RZ)EC=ER ……(6) よつて、(6)式を(5)式に代入すると、出力電圧EO
は、 EO=RM−RZ/RS−RZER ……(7) となる。(7)式に(1)式に代入すると、出力電圧EO
は、 EO=σM/σS ……(8) となり、温度係数を持つた初期抵抗値Rとピエゾ
抵抗係数πの項を含まないので、温度変化による
影響を受けない。また、スパン調整は一定応力σS
の値をネジ15によりバネ14の押圧を変えるこ
とによつてできる。
第3図は本発明装置の他の実施例を示す接続図
である。第3図において、第1図の実施例と異る
ところは、センサ10に抵抗値がRZのピエゾ抵
抗11dを追加し、ゼロ点用抵抗を2個にすると
ともに、センサアンプに演算機能を持たせ、(RM
−RZ)の演算をセンサアンプ21dで行い、(RS
−RZ)の演算をセンサアンプ21eで行うよう
にした点である。すなわち、ピエゾ抵抗11aが
センサアンプ21dの入力端子(+)とコモン間
に、ピエゾ抵抗11cがセンサアンプ21dの帰
還回路に、ピエゾ抵抗11bがセンサアンプ21
eの入力端子(+)とコモン間に、ピエゾ抵抗1
1dがセンサアンプ21eの帰還回路にそれぞれ
接続されている。誤差増幅器22の出力ECが抵
抗23d,23eを介してセンサアンプ21dの
入力端子(+)、(−)に加えられるとともに、抵
抗23f,23gを介してセンサアンプ21eの
入力端子(+)、(−)に加えられている。よつ
て、誤差増幅器22でセンサアンプ21eの出力
が基準電圧ERと等しくなるように制御すれば、
センサアンプ21dの出力端には、(7)式で示す出
力電圧EOが得られる。なお第3図においては誤
差増幅器22の帰還回路にコンデンサ22bを接
続して、誤差増幅器22に積分特性を持たせてあ
る。また、第4図に示すようにセンサアンプ21
a,21b,21cの入力電圧ECを一定にし、
減算回路24,25の出力を割算回路27で割算
して、(7)式の関係を得るようにしてもよい。この
場合センサアンプ21a,21b,21cの出力
EM,ES,EZをそれぞれA/D変換器でデイジタ
ル量に変換後マイクロコンピユータに与え、マイ
クロコンピユータで実質的にRM−RZ/RS−RZなる演算を 行うようにしてもよい。
第5図は本発明装置に用いるセンサの他の例の
構成を示す断面図である。第5図において第2図
と異るところは、ピエゾ抵抗11cもシリコン基
板12の第3のダイヤフラム部12dに設けて、
σM,σSが零にもかかわらずシリコン基板12と絶
縁体13との接着等により発生する初期応力σO
よる影響を受けないようにした点である。すなわ
ち第3のダイヤフラム部12dの両側を同じ圧力
(例えば大気圧)とすると、各抵抗値RM,RS,RZ
は、 RM=R〔1+(σM+σO)π〕 RS=R〔1+(σS+σO)π〕 RZ=R(1+σOπ) ……(9) となり、RZはσM,σSが零のときのRM,RSの初期
値と等しくなるので、RM−RZ/RS−RZなる演算を行うこ とによつて、σOの影響も除去できる。
なお上述では、センサ10のピエゾ抵抗11b
に一定応力σSを作用させるために、バネ14を用
いる場合を例示したが、バネ14の代りに一定圧
力PSを加える等必要に応じて種々の手段を用いる
ことができる。また上述では、センサ10として
応力によつて抵抗値が変るものを例示したが、ス
トレンゲージのように変位によつて抵抗値が変る
ものでも同様にできる。
<発明の効果> 本発明においては、温度変化の影響を受けず、
高精度に被測定物量を検出できる抵抗式変換装置
が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置の一実施例を示す接続図、
第2図は本発明装置に用いるセンサの構成の一例
を示す断面図、第3図、第4図は本発明装置の他
の実施例を示す接続図、第5図は本発明装置に用
いるセンサの構成の他の例を示す断面図である。 10……センサ、11a,11b,11c,1
1d……ピエゾ抵抗、12……シリコン基板、1
2a,12b,12d……ダイヤフラム部、12
c……固定部、13……絶縁体、20……信号処
理回路、21a,21b,21c,21d,21
e……センサアンプ、22……誤差増幅器、23
a,23b,23c,23d,23e,23f,
23g……抵抗、24,25……減算回路、26
……基準電圧源、27……割算回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 被測定物理量に応じて抵抗値RMが変化する
    可変抵抗とこの可変抵抗の初期値と等しい抵抗値
    RZを持つゼロ点用抵抗および一定の物理量の印
    加に対応した抵抗値RSを持つスパン用抵抗を有
    するセンサと、所定の電圧が印加された演算増幅
    器の演算係数として前記可変抵抗と前記ゼロ点用
    抵抗を用いこれらの各抵抗値の差(RM−RZ)を
    演算する第1演算手段と前記電圧と同一の電圧が
    印加された演算増幅器の演算係数として前記スパ
    ン用抵抗と前記ゼロ点用抵抗を用いこれらの各抵
    抗値の差(RS−RZ)を演算する第2演算手段と
    を有しこの演算結果を用いて実質的に(RM
    RZ)/(RS−RZ)なる演算をして被測定物理量
    に応じた信号を出力する信号処理回路とを具備し
    たことを特徴とする抵抗式変換装置。
JP59027652A 1984-02-16 1984-02-16 抵抗式変換装置 Granted JPS60171415A (ja)

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JPS60171415A JPS60171415A (ja) 1985-09-04
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