JPH10300601A - 半導体圧力センサ装置の温度補償装置 - Google Patents

半導体圧力センサ装置の温度補償装置

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JPH10300601A
JPH10300601A JP10841097A JP10841097A JPH10300601A JP H10300601 A JPH10300601 A JP H10300601A JP 10841097 A JP10841097 A JP 10841097A JP 10841097 A JP10841097 A JP 10841097A JP H10300601 A JPH10300601 A JP H10300601A
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JP
Japan
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pressure sensor
sensor element
voltage
temperature characteristic
span
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Application number
JP10841097A
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English (en)
Inventor
Shuji Sato
修治 佐藤
Yutaka Shimotori
裕 霜鳥
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Nippon Seiki Co Ltd
Original Assignee
Nippon Seiki Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な調整でスパン電圧とオフセット電圧の
温度補償を可能とする半導体圧力センサ装置の温度補償
装置の提供を目的とする。 【解決手段】 一定の値の電流を供給し正の温度特性を
有する定電流回路10と、ゲージ抵抗R21〜R24を
ブリッジ形に形成して圧力に応じた正の温度特性を有す
るスパン電圧及びオフセット電圧を出力する圧力センサ
素子20と、前記電圧を増幅し正の温度特性を有する増
幅回路30とから半導体圧力センサ装置を構成する。定
電流回路10に対して圧力センサ素子20と並列にスパ
ン抵抗Rs及びゲージ抵抗R24と並列にオフセット抵
抗Rpを接続して圧力センサ素子20全体で負の温度係
数とする。半導体圧力センサ装置全体としての温度特性
が略フラットとなるようにスパン抵抗Rs及びオフセッ
ト抵抗Rpの値を定める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体圧力センサ
装置の温度補償装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体圧力センサ装置として、特開平4-
2170号公報に開示されて図4に示すものがあり、1は圧
力センサ素子、2はオペアンプ等からなる増幅回路であ
る。圧力センサ素子1は、シリコン基板の裏面を感圧ダ
イヤフラム面として、その表面に複数個(一般には4
個)の拡散抵抗からなるゲージ抵抗R1〜R4をブリッ
ジ形に形成して一定の電圧を印加し、その裏面に加わる
圧力によりその基板を撓ませてその拡散抵抗の抵抗値を
変化させ、この変化に対応したスパン電圧を出力するも
のであり、電気等価回路的には、図3で示したように、
ゲージ抵抗R1〜R4によりホイーストンブリッジに構
成されている。スパン電圧とは、前記感圧ダイヤフラム
面に圧力が印加されたときの出力電圧から圧力が印加さ
れないときの出力電圧を差し引いた電圧をいい、後者の
出力電圧をオフセット電圧という。また、増幅回路2
は、差動増幅器OP1と帰還抵抗Rfを有している。
【0003】斯かる半導体圧力センサ装置において、ス
パン電圧の温度特性は、図5で示すように、負の温度係
数を有している。一方、圧力センサ素子に定電流が印加
される定電流駆動方式にあっては、スパン電圧の温度特
性は、正の温度係数を有する。
【0004】そして、定電圧及び定電流の何れの駆動方
式であっても、周囲温度の変化の影響を受けることなく
圧力センサ素子が圧力を正確に検出できるようにするた
め、帰還抵抗Rfの温度係数でスパン電圧の温度特性を
補償する構成が知られており、一般に帰還抵抗Rfとし
てはサーミスタ等の感温素子が用いられている。
【0005】また、オフセット電圧も周囲温度による影
響を受けるが、この温度特性は、スパン電圧の温度特性
に比べて1桁程度大きく、周囲温度の変化の影響を受け
ることなく圧力センサ素子が圧力を正確に検出できるよ
うにするため、サーミスタ等の感温素子を用いたり、ゲ
ージ抵抗R1〜R4に直列又は並列に補償抵抗を接続す
る構成が知られている(特開昭64-83128号公報)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記各補償のための構
成においては、圧力センサ素子1の温度特性を測定し、
この測定結果に基づいて回路定数を決めなければなら
ず、回路定数の決定に手間がかかる。
【0007】また、従来例では、スパン電圧の温度補償
は増幅回路2、オフセット電圧の温度補償は圧力センサ
素子1において行われるため、調整が煩雑であった。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、一定の値の電
流を供給し所定の温度特性を有する定電流回路と、この
定電流回路に接続され複数個のゲージ抵抗をブリッジ形
に形成して圧力に応じた正の温度特性を有するスパン電
圧を出力する圧力センサ素子と、この圧力センサ素子に
接続され前記電圧を増幅し所定の温度特性を有する増幅
回路とからなる半導体圧力センサ装置において、前記定
電流回路に対して前記圧力センサ素子と並列にスパン抵
抗を接続して前記圧力センサ素子全体で所定の温度係数
を有するものとして前記半導体圧力センサ装置全体とし
ての温度特性が略フラットとなるように前記スパン抵抗
の値を定めるものである。
【0009】また本発明は、一定の値の電流を供給し所
定の温度特性を有する定電流回路と、この定電流回路に
接続され複数個のゲージ抵抗をブリッジ形に形成して圧
力に応じた所定の温度特性を有するオフセット電圧を出
力する圧力センサ素子と、この圧力センサ素子に接続さ
れ前記電圧を増幅し所定の温度特性を有する増幅回路と
からなる半導体圧力センサ装置において、前記ゲージ抵
抗の一つと並列にオフセット抵抗を接続して前記圧力セ
ンサ素子全体で所定の温度係数を有するものとして前記
半導体圧力センサ装置全体としての温度特性が略フラッ
トとなるように前記オフセット抵抗の値を定めるもので
ある。
【0010】また本発明は、一定の値の電流を供給し所
定の温度特性を有する定電流回路と、この定電流回路に
接続され複数個のゲージ抵抗をブリッジ形に形成して圧
力に応じた正の温度特性を有するスパン電圧及び所定の
温度特性を有するオフセット電圧を出力する圧力センサ
素子と、この圧力センサ素子に接続され前記電圧を増幅
し所定の温度特性を有する増幅回路とからなる半導体圧
力センサ装置において、前記定電流回路に対して前記圧
力センサ素子と並列にスパン抵抗を接続すると共に前記
ゲージ抵抗の一つと並列にオフセット抵抗を接続して前
記圧力センサ素子全体で所定の温度係数を有するものと
して前記半導体圧力センサ装置全体としての温度特性が
略フラットとなるように前記スパン抵抗及び前記オフセ
ット抵抗の値を定めるものである。
【0011】
【発明の実施の形態】スパン電圧調整用として定電流回
路10に対して圧力センサ素子20と並列にスパン抵抗
Rsを接続し、オフセット電圧調整用としてゲージ抵抗
R22と並列にオフセット抵抗Rpを接続し、圧力セン
サ素子20全体で負の温度係数を有するものとする。ま
ず、増幅回路30の出力電圧Voutの温度特性が図2
(d)として得られるような圧力センサ素子20の温度
特性を計算により求める。すなわち、圧力センサ素子2
0の補償後の温度特性として、図2(e)を得る。ま
た、予めゲージ抵抗R21〜R24の個々の温度特性を
求めておく。次に、スパン電圧の温度特性の補償のた
め、ゲージ抵抗R21〜R24の抵抗値と目標とする所
定の温度特性(図2(d))とから、定電流回路10の
温度特性(図2(a))及び増幅回路30の温度特性
(図2(c))による影響を抑えて目標とする所定の温
度特性(図2(d))を得るためのスパン抵抗Rsの値
を、例えば代入法により求め、これを得るためにスパン
抵抗Rsをレーザートリミング等の適宜手段により調整
する。そして、オフセット電圧の温度特性の補償のた
め、ゲージ抵抗R21〜R24の抵抗値と目標となる所
定の温度特性(図2(d))とから、増幅回路30の温
度特性(図2(c))による影響を抑えて目標とする所
定の温度特性(図2(d))を得るためのオフセット抵
抗Rpの値を、例えば代入法により求め、これを得るた
めにオフセット抵抗Rpをレーザートリミング等の適宜
手段により調整する。斯かる構成により、スパン電圧の
温度補償もオフセット電圧の温度補償も圧力センサ素子
20において行われるため、調整が簡単となる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の半導体圧力センサ装置の温度
補償装置を、添付図面に記載の実施例に基づき説明す
る。
【0013】10は定電流回路、20は圧力センサ素
子、30は増幅回路であり、これらが半導体圧力センサ
装置を構成している。
【0014】定電流回路10は、電源電圧eを抵抗R1
1及びR12で分圧した後、オペアンプOP13を介し
て圧力センサ素子20へ電流iを供給し、圧力センサ素
子20とこれに直列に接続した抵抗R14との中点から
の電流をオペアンプOP13へ帰還されることにより、
圧力センサ素子20への電流iを一定値としており、そ
の温度特性は、正の温度特性を有する(図2(a))。
【0015】圧力センサ素子20は、前記従来例におけ
る圧力センサ素子1と同様な構成であって、ゲージ抵抗
R21〜R24を有し、そのスパン電圧の温度特性は、
正の温度係数を有する(図2(b))。
【0016】増幅回路30は、圧力センサ素子20の出
力側に接続され、前記従来例における増幅回路2と同様
な構成であって、差動増幅器OP31と帰還抵抗Rfと
を少なくとも有し、その温度特性は、正の温度特性を有
する(図2(c))。なお、帰還抵抗Rfは、サーミス
タ等の感温素子ではなく、通常の固定抵抗を用いてい
る。
【0017】本発明の目的とするところは、定電流回路
10から増幅回路30までの全体のシステムにおける温
度特性を略フラットにして、周囲温度の変化による半導
体圧力センサ装置への影響を抑えることにある。すなわ
ち、増幅回路30の出力電圧Voutの温度特性が、図
2(d)で示すような温度特性となるように調整するこ
とにある。
【0018】このため、温度補償装置として、スパン電
圧調整用として圧力センサ素子20と並列にスパン抵抗
Rsを接続し、オフセット電圧調整用としてゲージ抵抗
R24と並列にオフセット抵抗Rpを接続している。こ
れらの抵抗Rs,Rpは、圧力センサ素子20の前記シ
リコン基板もしくは圧力センサ素子20が装着される図
示しない回路基板に形成される厚膜印刷抵抗であり、ゲ
ージ抵抗R21〜24に比べてTCR(抵抗温度係数)
が十分小さく(例えば、1桁小さい)、形成当時は所定
の抵抗値よりも若干小さい値を有するように形成されて
いる。
【0019】斯かる構成において、まず、増幅回路30
の出力電圧Voutの温度特性が図2(d)として得ら
れるような圧力センサ素子20の温度特性を計算により
求める。すなわち、圧力センサ素子20の補償後の温度
特性として、図2(e)を得る。また、予めゲージ抵抗
R21〜R24の個々の温度特性を求めておく。
【0020】スパン電圧の温度特性の補償のため、ゲー
ジ抵抗R21〜R24の抵抗値と目標とする所定の温度
特性(図2(d))とから、定電流回路10の温度特性
(図2(a))及び増幅回路30の温度特性(図2
(c))による影響を抑えて目標とする所定の温度特性
(図2(d))を得るためのスパン抵抗Rsの値を、例
えば代入法により求め、これを得るためにスパン抵抗R
sをレーザートリミング等の適宜手段により調整する。
【0021】オフセット電圧の温度特性の補償のため、
ゲージ抵抗R21〜R24の抵抗値と目標となる所定の
温度特性(図2(d))とから、増幅回路30の温度特
性(図2(c))による影響を抑えて目標とする所定の
温度特性(図2(d))を得るためのオフセット抵抗R
pの値を、例えば代入法により求め、これを得るために
オフセット抵抗Rpをレーザートリミング等の適宜手段
により調整する。
【0022】これら調整により、圧力センサ素子20自
体の温度特性を、図2(b)から同図(e)とすること
ができる。
【0023】斯かる構成により、スパン電圧の温度補償
もオフセット電圧の温度補償も圧力センサ素子20にお
いて行われるため、調整が簡単である。
【0024】また、温度補償のために従来例で示したサ
ーミスタ等の感温素子を用いることなく、スパン抵抗R
fやオフセット抵抗Rpを構成する固定抵抗のみで実現
することができるため、大幅なコスト低減が可能とな
る。
【0025】更に、感温素子に比べて固定抵抗は、製造
時における値のバラツキが少なく、しかもその後の調整
で微調整が可能であり、従来例に比べて正確な温度補償
を実現することができる。
【0026】なお、定電流回路10又は/及び増幅回路
30の温度特性は、前記実施例で示した正だけでなく、
負であってもスパン抵抗Rfやオフセット抵抗Rpを用
いて補償することができる。すなわち、定電流回路10
が負の温度特性(図3(a))又は/及び増幅回路30
の負が温度特性(図3(c))であっても、それらの温
度特性の個々の出力誤差又はそれらの温度特性の出力誤
差の合計よりも十分大きな出力誤差である正の温度特性
(図3(b))を圧力センサ素子20が有していれば、
目標とする所定の温度特性(図2(d))を得るため、
スパン抵抗Rfやオフセット抵抗Rpの値の調整による
圧力センサ素子20の温度特性を、定電流回路10と増
幅回路30の個々の温度特性又は定電流回路10と増幅
回路30の合計の温度特性を相殺することができる正の
温度特性(図3(d))とすれば、前記実施例と同様に
補償することができる。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、一定の値の電流を供給
し所定の温度特性を有する定電流回路と、この定電流回
路に接続され複数個のゲージ抵抗をブリッジ形に形成し
て圧力に応じた正の温度特性を有するスパン電圧及び/
又は所定の温度特性を有するオフセット電圧を出力する
圧力センサ素子と、この圧力センサ素子に接続され前記
電圧を増幅し所定の温度特性を有する増幅回路とからな
る半導体圧力センサ装置において、前記定電流回路に対
して前記圧力センサ素子と並列にスパン抵抗及び/又は
前記ゲージ抵抗の一つと並列にオフセット抵抗を接続し
て前記圧力センサ素子全体で所定の温度係数を有するも
のとして前記半導体圧力センサ装置全体としての温度特
性が略フラットとなるように前記スパン抵抗及び/又は
前記オフセット抵抗の値を定めることにより、スパン電
圧の温度補償もオフセット電圧の温度補償も圧力センサ
素子において行われるため、調整が簡単となり、しか
も、サーミスタ等の感温素子に比べて、スパン抵抗やオ
フセット抵抗を構成する固定抵抗は、製造時における値
のバラツキが少なく、しかもその後の調整で微調整が可
能であり、従来例に比べて正確な温度補償を実現するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例の回路図。
【図2】 同上実施例の温度特性図。
【図3】 本発明の他の実施例の温度特性図。
【図4】 従来例の回路図。
【図5】 同上従来例の温度特性図。
【符号の説明】
10 定電流回路 20 圧力センサ素子 30 増幅回路 Rs スパン抵抗(温度補償装置) Rp オフセット抵抗(温度補償装置)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一定の値の電流を供給し所定の温度特性
    を有する定電流回路と、この定電流回路に接続され複数
    個のゲージ抵抗をブリッジ形に形成して圧力に応じた正
    の温度特性を有するスパン電圧を出力する圧力センサ素
    子と、この圧力センサ素子に接続され前記電圧を増幅し
    所定の温度特性を有する増幅回路とからなる半導体圧力
    センサ装置において、前記定電流回路に対して前記圧力
    センサ素子と並列にスパン抵抗を接続して前記圧力セン
    サ素子全体で所定の温度係数を有するものとして前記半
    導体圧力センサ装置全体としての温度特性が略フラット
    となるように前記スパン抵抗の値を定めることを特徴と
    する半導体圧力センサ装置の温度補償装置。
  2. 【請求項2】 一定の値の電流を供給し所定の温度特性
    を有する定電流回路と、この定電流回路に接続され複数
    個のゲージ抵抗をブリッジ形に形成して圧力に応じた所
    定の温度特性を有するオフセット電圧を出力する圧力セ
    ンサ素子と、この圧力センサ素子に接続され前記電圧を
    増幅し所定の温度特性を有する増幅回路とからなる半導
    体圧力センサ装置において、前記ゲージ抵抗の一つと並
    列にオフセット抵抗を接続して前記圧力センサ素子全体
    で所定の温度係数を有するものとして前記半導体圧力セ
    ンサ装置全体としての温度特性が略フラットとなるよう
    に前記オフセット抵抗の値を定めることを特徴とする半
    導体圧力センサ装置の温度補償装置。
  3. 【請求項3】 一定の値の電流を供給し所定の温度特性
    を有する定電流回路と、この定電流回路に接続され複数
    個のゲージ抵抗をブリッジ形に形成して圧力に応じた正
    の温度特性を有するスパン電圧及び所定の温度特性を有
    するオフセット電圧を出力する圧力センサ素子と、この
    圧力センサ素子に接続され前記電圧を増幅し所定の温度
    特性を有する増幅回路とからなる半導体圧力センサ装置
    において、前記定電流回路に対して前記圧力センサ素子
    と並列にスパン抵抗を接続すると共に前記ゲージ抵抗の
    一つと並列にオフセット抵抗を接続して前記圧力センサ
    素子全体で所定の温度係数を有するものとして前記半導
    体圧力センサ装置全体としての温度特性が略フラットと
    なるように前記スパン抵抗及び前記オフセット抵抗の値
    を定めることを特徴とする半導体圧力センサ装置の温度
    補償装置。
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