JPH0814521B2 - 半導体圧力センサの温度補償方法 - Google Patents
半導体圧力センサの温度補償方法Info
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- JPH0814521B2 JPH0814521B2 JP31050687A JP31050687A JPH0814521B2 JP H0814521 B2 JPH0814521 B2 JP H0814521B2 JP 31050687 A JP31050687 A JP 31050687A JP 31050687 A JP31050687 A JP 31050687A JP H0814521 B2 JPH0814521 B2 JP H0814521B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ダイヤフラムに形成された歪ゲージ
の圧力によるダイヤフラム変形の際の抵抗値変化を用い
た半導体圧力センサの零点温度特性あるいは感度温度特
性を外部回路で補償する半導体圧力センサの温度補償方
法に関する。
の圧力によるダイヤフラム変形の際の抵抗値変化を用い
た半導体圧力センサの零点温度特性あるいは感度温度特
性を外部回路で補償する半導体圧力センサの温度補償方
法に関する。
一般に半導体圧力センサの圧力−電気信号変換部、例
えば半導体歪ゲージは大きな温度依存性を有し、通常外
部回路による温度補償が必要である。第２図はごく一般
的な温度補償方法を示す。図において、横軸が温度、縦
軸がセンサ零点出力で、零点出力は測定圧Ｐ＝０におけ
る出力の意とする。Tlがセンサの使用温度下限,Thが使
用温度上限である。
えば半導体歪ゲージは大きな温度依存性を有し、通常外
部回路による温度補償が必要である。第２図はごく一般
的な温度補償方法を示す。図において、横軸が温度、縦
軸がセンサ零点出力で、零点出力は測定圧Ｐ＝０におけ
る出力の意とする。Tlがセンサの使用温度下限,Thが使
用温度上限である。
最初に温度T1におけるセンサ出力11、温度T2における
センサ出力12を測定により求める。次に回路計算，もし
くは補償用マップなどにより、T1,T2の出力が等しい値
の31,32になるように補償回路の調整値を求め、この補
償回路の調整により零点出力特性の温度補償を行う。感
度温度特性の温度補償も同様に行う。
センサ出力12を測定により求める。次に回路計算，もし
くは補償用マップなどにより、T1,T2の出力が等しい値
の31,32になるように補償回路の調整値を求め、この補
償回路の調整により零点出力特性の温度補償を行う。感
度温度特性の温度補償も同様に行う。
この方式は、補償のための温度特性測定，計算が容易
であるという利点がり、もし補償前の零点出力の温度特
性曲線10が直線であるならば、すべての測定値が一定の
零点出力V0に簡単に補償される。しかし実際零点の温度
特性は直線である場合に少なく、第２図の10のように曲
がりのある場合が普通である。また装置上の制限や工程
を合理化する必要性から、使用温度範囲Tl〜Thに対して
測定温度範囲T1〜T2は第２図のように狭くなり、また高
温側，もしくは低温側に片寄らざるを得ない場合が多
い。この場合、温度特性は測定温度範囲T1〜T2より離れ
た温度、例えば第２の使用温度下限Tlにおいては誤差ε
が大きくなるという問題があった。
であるという利点がり、もし補償前の零点出力の温度特
性曲線10が直線であるならば、すべての測定値が一定の
零点出力V0に簡単に補償される。しかし実際零点の温度
特性は直線である場合に少なく、第２図の10のように曲
がりのある場合が普通である。また装置上の制限や工程
を合理化する必要性から、使用温度範囲Tl〜Thに対して
測定温度範囲T1〜T2は第２図のように狭くなり、また高
温側，もしくは低温側に片寄らざるを得ない場合が多
い。この場合、温度特性は測定温度範囲T1〜T2より離れ
た温度、例えば第２の使用温度下限Tlにおいては誤差ε
が大きくなるという問題があった。
そこで本発明の目的は、上述した欠点を除去し、使用
温度範囲と比較して測定温度範囲を狭くあるいは片寄っ
て取らざるを得ない場合でも、使用温度範囲全体にわた
り良好な補償の精度を得る半導体圧力センサの温度補償
方法を提供することにある。
温度範囲と比較して測定温度範囲を狭くあるいは片寄っ
て取らざるを得ない場合でも、使用温度範囲全体にわた
り良好な補償の精度を得る半導体圧力センサの温度補償
方法を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明の方法は、使用
温度範囲内の３点の温度における出力を測定し、各出力
を補償した値が極が使用温度範囲の中間点に位置する二
次曲線上にあるように補償回路の調整抵抗値を定めるも
のとする。
温度範囲内の３点の温度における出力を測定し、各出力
を補償した値が極が使用温度範囲の中間点に位置する二
次曲線上にあるように補償回路の調整抵抗値を定めるも
のとする。
使用温度範囲内の３点の測定値を用いることにより、
使用温度範囲の上限，下限および中間点において一定の
零点出力に対する誤差が等しくなる二次曲線を求めるこ
とが可能となり、任意の温度の測定値をその二次曲線上
にある出力値へ補償することができる。
使用温度範囲の上限，下限および中間点において一定の
零点出力に対する誤差が等しくなる二次曲線を求めるこ
とが可能となり、任意の温度の測定値をその二次曲線上
にある出力値へ補償することができる。
以下、第１図の温度特性グラフおよび計算式により本
発明を零点温度特性の補償に適用した実施例を説明す
る。第２図と同様に横軸は温度、縦軸はセンサの零点出
力、Tlがセンサの使用温度下限、Thが使用温度上限であ
る。またTmはTlとThの中間の温度である。すなわち、 Tm＝（Tl＋Th）/2 ……（１） である。
発明を零点温度特性の補償に適用した実施例を説明す
る。第２図と同様に横軸は温度、縦軸はセンサの零点出
力、Tlがセンサの使用温度下限、Thが使用温度上限であ
る。またTmはTlとThの中間の温度である。すなわち、 Tm＝（Tl＋Th）/2 ……（１） である。
動作温度範囲Tl〜Th内において、温度３点T1,T2,T3に
おけるセンサの零点出力値V1,V2,V3を測定により求め、
温度特性上の点をそれぞれ11,12,13とする。ここでT1＜
T2＜T3である。
おけるセンサの零点出力値V1,V2,V3を測定により求め、
温度特性上の点をそれぞれ11,12,13とする。ここでT1＜
T2＜T3である。
一般に圧力センサ出力Ｖは以下の式で表わされる。
Ｖ＝ａ（Ｔ）Ｐ＋ｂ（Ｔ） ……（２） Ｐは測定圧、Ｔは温度である。本例ではＰ＝０である
ので次式となる。
ので次式となる。
Ｖ＝ｂ（Ｔ） ……（３） 圧力センサは温度補償回路を含んでおり、補償回路中
の調整抵抗が１箇所有り、それをRXとすると式（３）は
通常以下のような形になる。
の調整抵抗が１箇所有り、それをRXとすると式（３）は
通常以下のような形になる。
Ｖ＝ｆ（RX,T）＋ｇ（Ｔ） ……（４） ここでｆ（RX,T）はRXを含む項,g（Ｔ）はRXを含まな
い項である。本実施例ではｆ（RX,T）を前もって定式化
する。ｇ（Ｔ）は定式化しておく必要はない。測定で求
めた３点を式（４）に代入すると、 V1＝ｆ（RX0,T1）＋ｇ（T1） ……（5.1） V2＝ｆ（RX0,T2）＋ｇ（T2） ……（5.2） V3＝ｆ（RX0,T3）＋ｇ（T3） ……（5.3） ここでRX0はRXの調整前の値であり既知とする。上式
よりｇ（T1）,g（T2）,g（T3）は次の３式で求められ
る。
い項である。本実施例ではｆ（RX,T）を前もって定式化
する。ｇ（Ｔ）は定式化しておく必要はない。測定で求
めた３点を式（４）に代入すると、 V1＝ｆ（RX0,T1）＋ｇ（T1） ……（5.1） V2＝ｆ（RX0,T2）＋ｇ（T2） ……（5.2） V3＝ｆ（RX0,T3）＋ｇ（T3） ……（5.3） ここでRX0はRXの調整前の値であり既知とする。上式
よりｇ（T1）,g（T2）,g（T3）は次の３式で求められ
る。
ｇ（T1）＝V1−ｆ（RX0,T1） ……（6.1） ｇ（T2）＝V2−ｆ（RX0,T2） ……（6.2） ｇ（T3）＝V3−ｆ（RX0,T3） ……（6.3） 次にTm＝（Tl−Th）/2が座標の原点（０）になるよう
に、温度Ｔの座標を変換する。すなわち、Ｔ′＝Ｔ−Tm
とし、温度をＴ′で表わす。同様にT1′＝T1−Tm,T2′
＝T2−Tm,T3′＝T3−Tmである。その結果、式（４）は
次式で表わされる。
に、温度Ｔの座標を変換する。すなわち、Ｔ′＝Ｔ−Tm
とし、温度をＴ′で表わす。同様にT1′＝T1−Tm,T2′
＝T2−Tm,T3′＝T3−Tmである。その結果、式（４）は
次式で表わされる。
Ｖ＝ｆ（RX,T′）＋ｇ（Ｔ′） ……（７） 温度３点T1′,T2′,T3′における出力をV1′,V2′,
V3′とすると V1′＝ｆ（RX,T1′）＋ｇ（T1′） ＝ｆ（RX,T1′）−ｆ（RX0,T1′）＋V1……（8.1） V2′＝ｆ（RX,T2′）＋ｇ（T2′） ＝ｆ（RX,T2′）−ｆ（RX0,T2′）＋V2……（8.2） V3′＝ｆ（RX,T3′）＋ｇ（T3′） ＝ｆ（RX,T3′）−ｆ（RX0,T3′）＋V3……（8.3） となり、V1′,V2′,V3′はRXの関数である。
V3′とすると V1′＝ｆ（RX,T1′）＋ｇ（T1′） ＝ｆ（RX,T1′）−ｆ（RX0,T1′）＋V1……（8.1） V2′＝ｆ（RX,T2′）＋ｇ（T2′） ＝ｆ（RX,T2′）−ｆ（RX0,T2′）＋V2……（8.2） V3′＝ｆ（RX,T3′）＋ｇ（T3′） ＝ｆ（RX,T3′）−ｆ（RX0,T3′）＋V3……（8.3） となり、V1′,V2′,V3′はRXの関数である。
本発明では温度特性上の３点21（T1′,V1′）,22
（T2′,V2′）,23（T3′,V3′）を通る二次曲線の極が
使用温度範囲の中点、すなわちＴ′座標の原点になるよ
うにRXの値を決定する。３点を通る二次曲線20は以下の
ようになる。
（T2′,V2′）,23（T3′,V3′）を通る二次曲線の極が
使用温度範囲の中点、すなわちＴ′座標の原点になるよ
うにRXの値を決定する。３点を通る二次曲線20は以下の
ようになる。
VT＝d0＋d1T′＋d2T′２ ……（９） ここで d0＝V2−d1×V2−d2×V2 2 ……（12） 極がＴ′の座標の原点になるためには、次式の成立つ
ことを要する。
ことを要する。
d1＝０ ……（13） d1はRXの関数であるが、RX＝…の形へ展開することは
通常困難である。従って例えばニュートン法などの収束
計算によって式（13）の解であるRXの調整値を求める。
最後に補償回路の抵抗RXをトリミングなどの奉納により
調整値に合わせる。
通常困難である。従って例えばニュートン法などの収束
計算によって式（13）の解であるRXの調整値を求める。
最後に補償回路の抵抗RXをトリミングなどの奉納により
調整値に合わせる。
第１図に示す曲線20のように圧力センサの温度特性は
二次曲線でかなり良く近似できる。従って補償後の温度
特性は、使用温度範囲Tl〜Thと比較して測定温度範囲T1
〜T3が狭く、またTh側に片寄りがある場合でも、零点出
力V0に対するTl付近の誤差ε１はTh付近の誤差ε２とほ
ぼ等しくバランスを取ることができ、第２図の従来方式
最大誤差εと比較して、誤差を小さく押さえることがで
きる。
二次曲線でかなり良く近似できる。従って補償後の温度
特性は、使用温度範囲Tl〜Thと比較して測定温度範囲T1
〜T3が狭く、またTh側に片寄りがある場合でも、零点出
力V0に対するTl付近の誤差ε１はTh付近の誤差ε２とほ
ぼ等しくバランスを取ることができ、第２図の従来方式
最大誤差εと比較して、誤差を小さく押さえることがで
きる。
また、本発明は調整前の出力値をもとに調整値の計算
を行うため、式（6.1）〜（6.3）のような回路式の値を
定式化しなくとも正確に求めることが可能である。ある
いは、定式化した式（４）中のｆ（RX,T）に一定の誤差
があった場合、式（8.1）〜（8.3）において、第１項ｆ
（RX,T1′）より第２項ｆ（RX0,T1′）を引くことによ
り、誤差は相殺され計算精度が向上する。
を行うため、式（6.1）〜（6.3）のような回路式の値を
定式化しなくとも正確に求めることが可能である。ある
いは、定式化した式（４）中のｆ（RX,T）に一定の誤差
があった場合、式（8.1）〜（8.3）において、第１項ｆ
（RX,T1′）より第２項ｆ（RX0,T1′）を引くことによ
り、誤差は相殺され計算精度が向上する。
次に本発明の適用される半導体圧力センサの回路につ
いて説明する。第３図が本発明の温度補償方法が適用可
能な回路の一実施例である。同図において、SG1〜SG4は
シリコンダイヤフラム上に形成された歪みゲージであ
り、ブリッジに構成される。加圧することにより、この
シリコンダイヤフラムが変形し、SG1〜SG4からなるブリ
ッジに差動出力電圧Viが発生する。この差動出力電圧Vi
は演算増幅器OP1,OP2及び抵抗R1,R8,R9により増幅され
る。また、センサ出力の零点は抵抗R2〜R7によって決め
られる。回路内の抵抗の内R6,R7,R9は温度依存性の大き
い抵抗であり、例えば拡散抵抗やサーミスタ，感温測温
体等が用いられる。
いて説明する。第３図が本発明の温度補償方法が適用可
能な回路の一実施例である。同図において、SG1〜SG4は
シリコンダイヤフラム上に形成された歪みゲージであ
り、ブリッジに構成される。加圧することにより、この
シリコンダイヤフラムが変形し、SG1〜SG4からなるブリ
ッジに差動出力電圧Viが発生する。この差動出力電圧Vi
は演算増幅器OP1,OP2及び抵抗R1,R8,R9により増幅され
る。また、センサ出力の零点は抵抗R2〜R7によって決め
られる。回路内の抵抗の内R6,R7,R9は温度依存性の大き
い抵抗であり、例えば拡散抵抗やサーミスタ，感温測温
体等が用いられる。
センサ出力Voutを式で表すと次のようになる。
Vout＝Vcc/2×Rf×（1/R3−1/R2＋1/（R5＋R7）＋１（R4＋R6））＋Vcc/2＋（Rf
/R1＋１）×Vi ……（14） Rf＝R8×R9/（R8＋R9） ……（15） ここで、R1はR2〜R7に対して十分小さいとみなし、ま
た差動出力電圧Viは加圧なしの状態で零であり、そのと
きの同相電位はVcc/2になるとみなす。
/R1＋１）×Vi ……（14） Rf＝R8×R9/（R8＋R9） ……（15） ここで、R1はR2〜R7に対して十分小さいとみなし、ま
た差動出力電圧Viは加圧なしの状態で零であり、そのと
きの同相電位はVcc/2になるとみなす。
零点温度特性の補償は、補償回路中の１箇所即ち温度
依存性の大きい抵抗R6,R7のいずれかを調整抵抗Rxとし
て利用して行われる。R6,R7によりプラスマイナス両方
向の補償が可能である。R6,R7の温度特性への影響度は
それぞれR4,R5により調整される。また歪みゲージブリ
ッジの差動出力電圧Viの信号電圧は負の温度依存性を有
しており、抵抗R9に正の温度依存性を持たせることによ
り補償をしている。このR9の温度依存性は抵抗R8で調整
される。
依存性の大きい抵抗R6,R7のいずれかを調整抵抗Rxとし
て利用して行われる。R6,R7によりプラスマイナス両方
向の補償が可能である。R6,R7の温度特性への影響度は
それぞれR4,R5により調整される。また歪みゲージブリ
ッジの差動出力電圧Viの信号電圧は負の温度依存性を有
しており、抵抗R9に正の温度依存性を持たせることによ
り補償をしている。このR9の温度依存性は抵抗R8で調整
される。
本発明の補償方法を例えばこの回路の零点温度特性補
償に適用する場合、調整抵抗R6を含む項は ｆ（R6,T）＝Vcc/2×Rf×（1/R3−1/R2＋1/（R5＋R7）＋１（R4＋R6））＋Vcc/2
……（16） である。
償に適用する場合、調整抵抗R6を含む項は ｆ（R6,T）＝Vcc/2×Rf×（1/R3−1/R2＋1/（R5＋R7）＋１（R4＋R6））＋Vcc/2
……（16） である。
また、調整抵抗R6を含まない項は ｇ（Ｔ）＝（Rf/R1＋１）×Vi ……（17） である。
これらの式，及び温度３点に於けるVout測定値を基に
して、前記実施例の補償方法に従って温度補償をするこ
とが可能である。
して、前記実施例の補償方法に従って温度補償をするこ
とが可能である。
また感度温度特性の補償も、抵抗R8を調整抵抗Rxとし
て同様の方法で実施可能である。
て同様の方法で実施可能である。
この方法は零点温度特性の補償のみならず、温度３点
における測定圧に応じたスパン出力を測定で求めること
により、スパン温度特性の補償にも適用できることは明
らかである。さらに他の温度補償回路を有する装置の温
度補償にも適用することができる。
における測定圧に応じたスパン出力を測定で求めること
により、スパン温度特性の補償にも適用できることは明
らかである。さらに他の温度補償回路を有する装置の温
度補償にも適用することができる。
本発明によれば、半導体圧力センサの使用温度範囲内
の温度３点の測定値からその３点を通る出力値を通る極
が使用温度範囲の中間点の温度にあるような二次曲線を
補償回路の調整抵抗の調整によって求めることにより、
零点出力あるいは感度などの特性の温度補償を小さい誤
差で行うことができる。
の温度３点の測定値からその３点を通る出力値を通る極
が使用温度範囲の中間点の温度にあるような二次曲線を
補償回路の調整抵抗の調整によって求めることにより、
零点出力あるいは感度などの特性の温度補償を小さい誤
差で行うことができる。
第１図は本発明の一実施例による補償前後の零点出力の
温度特性を示す線図、第２図は従来の補償方法による補
償前後の零点出力の温度特性を示す線図、第３図は本発
明の実施例の適用される半導体圧力センサの回路構成図
である。 10:補償前、20:補償後、SG1〜SG4:歪みゲージ、R1〜R9:
抵抗、OP1,OP2:演算増幅器。
温度特性を示す線図、第２図は従来の補償方法による補
償前後の零点出力の温度特性を示す線図、第３図は本発
明の実施例の適用される半導体圧力センサの回路構成図
である。 10:補償前、20:補償後、SG1〜SG4:歪みゲージ、R1〜R9:
抵抗、OP1,OP2:演算増幅器。
Claims (3)
- 【請求項１】使用温度範囲内の３点の温度の出力を測定
し、該各出力を補償した値が極が使用温度範囲の中間点
に位置する二次曲線上にあるように補償回路の調整抵抗
値を定めることを特徴とする半導体圧力センサの温度補
償方法。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の方法におい
て、出力が零点出力であることを特徴とする半導体圧力
センサの温度補償方法。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項記載の方法におい
て、出力が所定の圧力に対する出力であることを特徴と
する半導体圧力センサの温度補償方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31050687A JPH0814521B2 (ja) | 1987-12-08 | 1987-12-08 | 半導体圧力センサの温度補償方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31050687A JPH0814521B2 (ja) | 1987-12-08 | 1987-12-08 | 半導体圧力センサの温度補償方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01150831A JPH01150831A (ja) | 1989-06-13 |
| JPH0814521B2 true JPH0814521B2 (ja) | 1996-02-14 |
Family
ID=18006044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31050687A Expired - Lifetime JPH0814521B2 (ja) | 1987-12-08 | 1987-12-08 | 半導体圧力センサの温度補償方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0814521B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102519243A (zh) * | 2011-11-14 | 2012-06-27 | 姚立猛 | 冲天炉的加料系统 |
| JP2015212664A (ja) * | 2014-05-06 | 2015-11-26 | 株式会社デンソー | 圧力センサの製造方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10148590A (ja) * | 1996-11-19 | 1998-06-02 | Mitsubishi Electric Corp | 圧力検出装置 |
| JP5878883B2 (ja) * | 2013-02-26 | 2016-03-08 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 磁気センサの温度特性補正方法 |
-
1987
- 1987-12-08 JP JP31050687A patent/JPH0814521B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102519243A (zh) * | 2011-11-14 | 2012-06-27 | 姚立猛 | 冲天炉的加料系统 |
| JP2015212664A (ja) * | 2014-05-06 | 2015-11-26 | 株式会社デンソー | 圧力センサの製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01150831A (ja) | 1989-06-13 |
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