JPH06742Y2 - 半導体圧力変換器 - Google Patents
半導体圧力変換器Info
- Publication number
- JPH06742Y2 JPH06742Y2 JP1987015185U JP1518587U JPH06742Y2 JP H06742 Y2 JPH06742 Y2 JP H06742Y2 JP 1987015185 U JP1987015185 U JP 1987015185U JP 1518587 U JP1518587 U JP 1518587U JP H06742 Y2 JPH06742 Y2 JP H06742Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- output voltage
- longitudinal direction
- shear
- gauge
- 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 - Lifetime
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- 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、シリコンなど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
変換装置に係り、特に剪断形ゲージを用いた半導体圧力
変換装置に関する。
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
変換装置に係り、特に剪断形ゲージを用いた半導体圧力
変換装置に関する。
＜従来の技術＞ 第３図は従来の半導体圧力変換装置の圧力センサ部分の
構成を示す構成図である。
構成を示す構成図である。
第３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。１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った起歪部３とその
周辺の固定部４とを有している。
ンサ部の横断面図を示す。１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った起歪部３とその
周辺の固定部４とを有している。
固定部４は挿通孔５を有する基板６にガラス薄膜７を介
して陽極接合などにより固定されている。
して陽極接合などにより固定されている。
起歪部３は単結晶の（１００）面とされ、その上には起
歪部３と固定部４との境界付近に剪断形ゲージ８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。
歪部３と固定部４との境界付近に剪断形ゲージ８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３図（ハ）に剪断形ゲージ８の構成を拡大して示す。
図に示す剪断形ゲージ８はゲージ長がｌでゲージ幅がＷ
であり、この剪断形ゲージ８の長さ方向に電源端９、１
０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１に上方から与えられると、これによって生
じた剪断応力τ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１１，１２に得られる。しかし、電
源端９，１０間の抵抗は印加圧力Ｐにより変化を受ける
ことはない。
図に示す剪断形ゲージ８はゲージ長がｌでゲージ幅がＷ
であり、この剪断形ゲージ８の長さ方向に電源端９、１
０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１に上方から与えられると、これによって生
じた剪断応力τ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１１，１２に得られる。しかし、電
源端９，１０間の抵抗は印加圧力Ｐにより変化を受ける
ことはない。
そして、図示しない変換部から電源端９，１０に電圧を
供給し、出力端１１，１２から印加圧力Ｐに対応した出
力電圧を得る。
供給し、出力端１１，１２から印加圧力Ｐに対応した出
力電圧を得る。
＜考案が解決しようとする問題点＞ しかしながら、この様な従来の半導体圧力変換器は次に
示すような問題点がある。
示すような問題点がある。
第４図は第３図に示す半導体圧力変換器の持つ問題点を
説明する説明図であり、第３図におけるＡ−Ａ断面を示
している。
説明する説明図であり、第３図におけるＡ−Ａ断面を示
している。
実線で示す形状はダイヤフラム１及び基板６の通常の形
状であるが、これ等の部材が例えば温度の影響により或
いは経時変化などにより点線で示すように蒲鉾状に変化
するとこれにより剪断応力を生じ、出力変化を起こした
りドリフトを起こしたりするという問題がある。
状であるが、これ等の部材が例えば温度の影響により或
いは経時変化などにより点線で示すように蒲鉾状に変化
するとこれにより剪断応力を生じ、出力変化を起こした
りドリフトを起こしたりするという問題がある。
＜問題点を解決するための手段＞ この考案は、以上の問題点を解決するため、基板の上に
厚肉の固定部が設けられ中央が薄肉に形成された起歪部
に測定圧力が印加される半導体のダイヤフラムと、先の
起歪部に形成されその長手方向に電源電圧が印加されこ
の長手方向に対して直角方向から先の測定圧力に対応す
る第１出力電圧が取出される第１剪断形ゲージと、この
第１剪断形ゲージの長手方向に対して直角方向に長手方
向を持つように先の起歪部に配置されこの長手方向に電
源電圧が印加されてこの長手方向に対して直角方向から
先の測定圧力に対応する第２出力電圧が取り出される第
２剪断形ゲージと、先の第１及び第２出力電圧を加算す
る加算手段とを具備し、先の測定圧力に対応する剪断応
力に対しては同一符号で各出力電圧を発生するが部材の
変形に対応する剪断応力に対しては先の各出力電圧が互
に異なる符号で出力されるようにしたものである。
厚肉の固定部が設けられ中央が薄肉に形成された起歪部
に測定圧力が印加される半導体のダイヤフラムと、先の
起歪部に形成されその長手方向に電源電圧が印加されこ
の長手方向に対して直角方向から先の測定圧力に対応す
る第１出力電圧が取出される第１剪断形ゲージと、この
第１剪断形ゲージの長手方向に対して直角方向に長手方
向を持つように先の起歪部に配置されこの長手方向に電
源電圧が印加されてこの長手方向に対して直角方向から
先の測定圧力に対応する第２出力電圧が取り出される第
２剪断形ゲージと、先の第１及び第２出力電圧を加算す
る加算手段とを具備し、先の測定圧力に対応する剪断応
力に対しては同一符号で各出力電圧を発生するが部材の
変形に対応する剪断応力に対しては先の各出力電圧が互
に異なる符号で出力されるようにしたものである。
＜実施例＞ 以下、本考案の実施例に付いて図面に基づき説明する。
なお、従来の技術と同一の機能をする部分には同一の符
号を付して適宜にその説明を省略する。
なお、従来の技術と同一の機能をする部分には同一の符
号を付して適宜にその説明を省略する。
第１図は本考案の１実施例を示す構成図である。剪断形
ゲージ８の長手方向の電源端には電源電圧Ｖs1が印加さ
れている。剪断形ゲージ８のゲージの中央に形成された
出力端からは出力電圧Ｖ1が取り出され、抵抗Ｒ1を介し
て増幅器Ｑ1の反転入力端（−）に、抵抗Ｒ3を介して増
幅器Ｑ1の非反転入力端（＋）にそれぞれ印加されてい
る。増幅器Ｑ1の非反転入力端（＋）と共通電位点との
間には抵抗Ｒ4が、増幅器Ｑ1の反転入力端（−）と出力
端との間には抵抗Ｒ2がそれぞれ接続され、これ等によ
り増幅器Ｑ1は出力電圧Ｖ1を出力電圧Ｖ10に増幅する。
ゲージ８の長手方向の電源端には電源電圧Ｖs1が印加さ
れている。剪断形ゲージ８のゲージの中央に形成された
出力端からは出力電圧Ｖ1が取り出され、抵抗Ｒ1を介し
て増幅器Ｑ1の反転入力端（−）に、抵抗Ｒ3を介して増
幅器Ｑ1の非反転入力端（＋）にそれぞれ印加されてい
る。増幅器Ｑ1の非反転入力端（＋）と共通電位点との
間には抵抗Ｒ4が、増幅器Ｑ1の反転入力端（−）と出力
端との間には抵抗Ｒ2がそれぞれ接続され、これ等によ
り増幅器Ｑ1は出力電圧Ｖ1を出力電圧Ｖ10に増幅する。
一方、剪断形ゲージ１３は剪断形ゲージ８とはその長手
方向が互いに直角になるようにダイヤフラム１の起歪部
の上に形成され、その長手方向の電源端に電源電圧Ｖs2
が印加されている。剪断形ゲージ１３のゲージの中央に
形成された出力端からは出力電圧Ｖ2が取り出され、抵
抗Ｒ5を介して増幅器Ｑ2の反転入力端（−）に、抵抗Ｒ
6を介して増幅器Ｑ2の非反転入力端（＋）にそれぞれ印
加されている。増幅器Ｑ2の非反転入力端（＋）と共通
電位点との間には抵抗Ｒ7が、増幅器Ｑ2の反転入力端
（−）と出力端との間にには抵抗Ｒ8がそれぞれ接続さ
れ、これ等により増幅器Ｑ2は出力電圧Ｖ2を出力電圧Ｖ
20に増幅する。
方向が互いに直角になるようにダイヤフラム１の起歪部
の上に形成され、その長手方向の電源端に電源電圧Ｖs2
が印加されている。剪断形ゲージ１３のゲージの中央に
形成された出力端からは出力電圧Ｖ2が取り出され、抵
抗Ｒ5を介して増幅器Ｑ2の反転入力端（−）に、抵抗Ｒ
6を介して増幅器Ｑ2の非反転入力端（＋）にそれぞれ印
加されている。増幅器Ｑ2の非反転入力端（＋）と共通
電位点との間には抵抗Ｒ7が、増幅器Ｑ2の反転入力端
（−）と出力端との間にには抵抗Ｒ8がそれぞれ接続さ
れ、これ等により増幅器Ｑ2は出力電圧Ｖ2を出力電圧Ｖ
20に増幅する。
増幅器Ｑ1の出力電圧Ｖ10は抵抗Ｒ9を介して、増幅器Ｑ
2の出力電圧Ｖ20は抵抗Ｒ10を介してそれぞれ増幅器Ｑ3
の反転入力端（−）に印加され、この増幅器Ｑ3の反転
入力端（−）と出力端との間に接続された抵抗Ｒ11と共
にこれ等の出力電圧Ｖ10とＶ20は加算増幅されて出力電
圧Ｖ0として共通電位点ＣＯＭとの間に出力される。な
お、増幅器Ｑ2の非反転入力端（＋）は共通電位点ＣＯ
Ｍに接続されている。
2の出力電圧Ｖ20は抵抗Ｒ10を介してそれぞれ増幅器Ｑ3
の反転入力端（−）に印加され、この増幅器Ｑ3の反転
入力端（−）と出力端との間に接続された抵抗Ｒ11と共
にこれ等の出力電圧Ｖ10とＶ20は加算増幅されて出力電
圧Ｖ0として共通電位点ＣＯＭとの間に出力される。な
お、増幅器Ｑ2の非反転入力端（＋）は共通電位点ＣＯ
Ｍに接続されている。
このように構成すると、剪断形ゲージ８と１３は測定圧
力Ｐに対しては互いに中心軸対称であるので、測定圧力
Ｐに対するピエゾ抵抗係数をπ1とすると出力電圧Ｖ1と
Ｖ2はそれぞれ次式で示される。
力Ｐに対しては互いに中心軸対称であるので、測定圧力
Ｐに対するピエゾ抵抗係数をπ1とすると出力電圧Ｖ1と
Ｖ2はそれぞれ次式で示される。
Ｖ1＝ｗＶs1π1τ／ｌ …（１） Ｖ2＝ｗＶs2π1τ／ｌ …（２） 従って、これ等の和である出力電圧Ｖ0は Ｖ0＝Ｖ1＋Ｖ2 ＝２ｗＶsπ1τ／ｌ …（３） となる。ただし、Ｖs＝Ｖs1＝Ｖs2としてある。
しかしながら、第４図の点線で示すように温度などによ
り変形すると、剪断形ゲージ８と１３に働く剪応力τは
互いに反対方向となる。つまり、この場合の剪断応力を
τnとすると、各剪断形ゲージの出力電圧Ｖ1′とＶ2′
は Ｖ1′＝Ｋ1ｗＶs1π1τn／ｌ …（４） Ｖ2′＝Ｋ2ｗＶs1π1（−τn）／ｌ…（５） となり、τnの符号が互いに反対になる。
り変形すると、剪断形ゲージ８と１３に働く剪応力τは
互いに反対方向となる。つまり、この場合の剪断応力を
τnとすると、各剪断形ゲージの出力電圧Ｖ1′とＶ2′
は Ｖ1′＝Ｋ1ｗＶs1π1τn／ｌ …（４） Ｖ2′＝Ｋ2ｗＶs1π1（−τn）／ｌ…（５） となり、τnの符号が互いに反対になる。
従って、出力電圧Ｖ1′とＶ2′を第１図の回路により加
算すれば、温度変動などの外乱の影響を除去することが
できる。ただし、Ｋ1、Ｋ2は応力の係数である。なお、
剪断応力τnの大きさが異るときは抵抗Ｒ9を可変するこ
とにより外乱の影響を除去出来る。
算すれば、温度変動などの外乱の影響を除去することが
できる。ただし、Ｋ1、Ｋ2は応力の係数である。なお、
剪断応力τnの大きさが異るときは抵抗Ｒ9を可変するこ
とにより外乱の影響を除去出来る。
第２図はダイヤフラムの上に４個の剪断形ゲージを配置
したときの構成を示す。
したときの構成を示す。
ダイヤフラム１の上に剪断形ゲージ８，１３，１４，１
５をその長手方向が互いに直角になるように配置し、こ
れ等に印加する電源電圧Ｖsの極性或いは出力端の極性
などを勘案して加算、減算することにより外乱の影響を
補償することができる。
５をその長手方向が互いに直角になるように配置し、こ
れ等に印加する電源電圧Ｖsの極性或いは出力端の極性
などを勘案して加算、減算することにより外乱の影響を
補償することができる。
＜考案の効果＞ 以上、実施例を用いて具体的に説明したように本考案に
よれば、ダイヤフラムの起歪部に複数の剪断形ゲージを
互いに直角方向に配置してこれ等の出力を加算するよう
にしたので、温度変化などの外乱による影響を除去する
ことができる。
よれば、ダイヤフラムの起歪部に複数の剪断形ゲージを
互いに直角方向に配置してこれ等の出力を加算するよう
にしたので、温度変化などの外乱による影響を除去する
ことができる。
第１図は本考案の１実施例を示す構成図、第２図は本考
案における剪断形ゲージの他の実施例を示す構成図、第
３図は従来の半導体圧力変換器のうち圧力センサ部の構
成を示す構成図、第４図は第３図に示す圧力センサの問
題点を説明するための説明図である。 １…ダイヤフラム、３…起歪部、６…基板、８、１３、
１４、１５…剪断形ゲージ、Ｖs1，Ｖs2…電源電圧、Ｖ
1，Ｖ2，Ｖ0…出力電圧、Ｑ1〜Ｑ3…増幅器、ｌ…ゲー
ジ長さ、Ｗ…ゲージ幅、τ…剪断応力。
案における剪断形ゲージの他の実施例を示す構成図、第
３図は従来の半導体圧力変換器のうち圧力センサ部の構
成を示す構成図、第４図は第３図に示す圧力センサの問
題点を説明するための説明図である。 １…ダイヤフラム、３…起歪部、６…基板、８、１３、
１４、１５…剪断形ゲージ、Ｖs1，Ｖs2…電源電圧、Ｖ
1，Ｖ2，Ｖ0…出力電圧、Ｑ1〜Ｑ3…増幅器、ｌ…ゲー
ジ長さ、Ｗ…ゲージ幅、τ…剪断応力。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 鈴木 広志 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)考案者 山下 信行 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)考案者 藤田 哲哉 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭53−114689（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−139989（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−30922 （ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−295672（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】基板の上に厚肉の固定部が設けられ中央が
薄肉に形成された起歪部に測定圧力が印加される半導体
のダイアフラムと、前記起歪部に形成されその長手方向
に電源電圧が印加されこの長手方向に対して直角方向か
ら前記測定圧力に対応する第１出力電圧が取り出される
第１剪断形ゲージと、この第１剪断形ゲージの長手方向
に対して直角方向に長手方向を持つように前記起歪部に
配置されこの長手方向に電源電圧が印加されてこの長手
方向に対して直角方向から前記測定圧力に対応する第２
出力電圧が取り出される第２剪断形ゲージと、前記第１
及び第２出力電圧を加算する加算手段とを具備し、前記
測定圧力に対応する剪断応力に対しては同一符号で各出
力電圧を発生するが部材の変形に対応する剪断応力に対
しては前記各出力電圧が互に異なる符号で出力されるよ
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 |
|---|---|---|---|
| JP1987015185U JPH06742Y2 (ja) | 1987-02-04 | 1987-02-04 | 半導体圧力変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1987015185U JPH06742Y2 (ja) | 1987-02-04 | 1987-02-04 | 半導体圧力変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63124638U JPS63124638U (ja) | 1988-08-15 |
| JPH06742Y2 true JPH06742Y2 (ja) | 1994-01-05 |
Family
ID=30805882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1987015185U Expired - Lifetime JPH06742Y2 (ja) | 1987-02-04 | 1987-02-04 | 半導体圧力変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06742Y2 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5925393B2 (ja) * | 1977-03-17 | 1984-06-16 | 株式会社日立製作所 | 半導体ひずみゲ−ジ形ダイアフラム |
| JPS5924553B2 (ja) * | 1977-05-13 | 1984-06-09 | 株式会社日立製作所 | 圧力センサ |
| JPS5730922A (en) * | 1980-08-01 | 1982-02-19 | Hitachi Ltd | Sensor for pressure difference and pressure |
| JPS61295672A (ja) * | 1985-06-25 | 1986-12-26 | Yokogawa Electric Corp | 半導体圧力センサ及び圧力測定装置 |
-
1987
- 1987-02-04 JP JP1987015185U patent/JPH06742Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63124638U (ja) | 1988-08-15 |
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