JPH1194586A - 計測装置の出力補正回路 - Google Patents

計測装置の出力補正回路

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JPH1194586A
JPH1194586A JP25045297A JP25045297A JPH1194586A JP H1194586 A JPH1194586 A JP H1194586A JP 25045297 A JP25045297 A JP 25045297A JP 25045297 A JP25045297 A JP 25045297A JP H1194586 A JPH1194586 A JP H1194586A
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澄夫 横田
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巳喜雄 今井
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憲生 保科
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定物の物理量を電気信号に変換するセ
ンサの電気信号を増幅して出力信号を出力する計測装置
の出力補正回路において、簡易な構造で安価に高精度化
を図ることのできる計測装置の出力補正回路を提供する
こと。 【解決手段】被測定物の物理量を電気信号に変換するセ
ンサ31と、このセンサ31からの電気信号を増幅し、
出力信号Voを出力する増幅部32とを備えた計測装置
10の出力補正回路15は、電圧源33から計測装置1
0に入力される所定の電圧Vと出力信号Voとの電位差
Vsiが直列接続される2つの抵抗171、172によっ
て分圧され、これら2つの抵抗171、172の接続点
175の電圧がセンサ31に印加される。出力信号Vo
の大きさに応じて印加電圧が変化するので、センサ31
に作用する圧力と出力信号Voとの直線性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被測定物の物理量
を電気信号に変換するセンサと、このセンサからの電気
信号を増幅し、出力信号を出力する増幅部とを備えた計
測装置の出力補正回路に関し、例えば、流体の圧力変化
を電気的に検出して出力信号を出力する圧力計測装置等
に利用することができる。
【0002】
【背景技術】従来より、圧力、温度等の被測定物の物理
量を電気信号に変換するセンサが多用され、このような
センサを組み込んだ計測装置を利用して、被測定物の物
理量を電気信号に変換することにより、装置の制御機構
が構築されることが多い。例えば、圧力を利用した油圧
制御装置において、圧力を制御する出力信号を出力する
圧力計測装置30は、図6に示すように、抵抗歪みゲー
ジ式の圧力センサ31と、この圧力センサ31の電気信
号を増幅して出力信号を出力する増幅部32とを備えて
いる。
【0003】圧力センサ31は、被測定物となる流体の
圧力変化に応じて変形するダイアフラム上に半導体素子
からなる歪みゲージ311を4つ形成し、これらの歪み
ゲージ311を互いに金属配線で連絡したブリッジ31
2を有している。そして、歪みゲージ311同士の接続
部分には、ブリッジ312上で互いに対向するように電
圧印加用の印加端子313Aおよびアース側端子313
Bが形成されているとともに、他の対向部分には、一対
の出力端子314が形成され、出力端子314は、1チ
ップ上に増幅回路が形成されたASIC(Application
Specifc Integrated Cicuit)からなる増幅部32
に接続されている。この圧力センサ31による圧力の計
測に際しては、電圧源33から所定の電圧Vが圧力セン
サ31に供給され、一対の電圧印加端子313には、印
加電圧Vgが印加される。
【0004】流体の圧力が変化すると、ダイアフラムが
変形し、これに伴い歪みゲージ311が変形する。そし
て、歪みゲージ311が変形すると、その抵抗値が変化
し、ブリッジ312のバランスが変化して前記出力端子
314から電気信号が出力される。この電気信号は、増
幅部32によって増幅され、出力信号Vo(電圧値)と
して外部に出力され、この出力信号Voに基づいて油圧
制御装置の制御が達成される。尚、増幅部32の電圧供
給源は上記圧力センサ31の電圧源33と共通であり、
電圧源33の出力電圧Vが大きくなると、これに伴い、
増幅部32から出力される出力信号Voも大きくなる。
【0005】このような圧力計測装置30を用いて油圧
制御装置の制御を行う場合、油圧制御装置に多数の圧力
計測装置30を取り付けなければならないので、圧力計
測装置30を小型化、軽量化することが重要であり、増
幅部32をワンチップ化することにより、小型化、軽量
化を達成している。また、圧力計測装置30を油圧制御
装置で利用する場合、低価格、高耐久性の圧力計測装置
でなければならない他、圧力計測が圧力の大きさによら
ず精度よく行うことができるのが望ましい、特に、高精
度化を図るには、圧力センサ31のダイアフラムに作用
する実際の圧力と圧力計測装置30から出力される出力
信号Voとの関係が広い範囲で比例関係、すなわち直線
関係が維持されていることが望まれる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、抵抗歪
みゲージ式の圧力センサ31から出力される電気信号
は、必ずしも被測定物の圧力に比例しているわけではな
く、歪みゲージ311の特性から通常高圧になるに従っ
て、ダイアフラムに作用する圧力と電気信号との直線関
係が失われる傾向にあり、これに伴い、増幅部32によ
って増幅された出力信号Voとの関係も直線性を失うこ
ととなる。このため、増幅部32の内部でセンサからの
電気信号を圧力に応じて増幅度を変えて出力信号Voと
すれば、圧力と出力信号Voとの直線性は担保できるの
だが、上述した1チップ化された増幅部32の内部で直
線化補正処理をしようとすると、増幅部32のチップが
大型化してしまうという問題がある。
【0007】また、圧力計測装置30の内部に補正用端
子等を別途設けなければならないので、圧力計測装置3
0が大型化してしまう、製造コストが著しく高騰してし
まうという問題がある。尚、このような問題は、上述し
た圧力センサの場合のみならず、温度、流量センサ等に
おいて、被測定物の物理量を電気信号に変換するために
抵抗歪みゲージを用いたような場合にも同様の問題とし
て把握されることがある。
【0008】本発明の目的は、被測定物の物理量を電気
信号に変換するセンサの電気信号を増幅して出力信号を
出力する計測装置の出力補正回路において、簡易な構造
で安価に高精度化を図ることのできる計測装置の出力補
正回路を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係る計測装置の
出力補正回路は、被測定物の物理量を電気信号に変換す
るセンサと、このセンサからの電気信号を増幅し、出力
信号を出力する増幅部とを備えた計測装置の出力補正回
路であって、電圧源から前記計測装置に入力される所定
の電圧と前記出力信号との電位差が直列接続される2つ
の抵抗によって分圧され、これら2つの抵抗の接続点の
電圧を前記センサに印加することを特徴とする。ここ
で、被測定物の物理量とは、自然科学的諸量をセンサ等
の変換機構により電気信号に変換しうるすべてのものを
いい、上述した被測定物となる流体の圧力のみならず、
流体の流量や被測定物の温度、重量等をも含むものであ
る。
【0010】このような本発明では、電圧源からの所定
の電圧と出力信号との電位差が直列接続される2つの抵
抗によって分圧され、これら2つの抵抗の接続点の電圧
をセンサに印加しているので、センサに作用する物理量
の上昇とともに、電圧源からの電圧と出力信号との電位
差が減少し、この結果センサに対する印加電圧が大きく
なる。従って、当該センサから出力され、増幅部に入力
される電気信号は、センサに作用する物理量の上昇とと
もに大きくなり、物理量と出力信号との関係は、圧力の
上昇とともに上側(負方向)に補正され、広い測定範囲
に亘って両者の直線関係が維持され、計測装置の高精度
化が図られる。そして、計測装置の内部に2つの抵抗を
設けるという簡易な構造でこのような高精度の計測装置
を形成すること可能なので、計測装置の大型化を招くこ
ともなく、製造コストが大幅に上昇することもない。
【0011】また、本発明に係る計測装置の出力補正回
路は、被測定物の物理量を電気信号に変換するセンサ
と、このセンサからの電気信号を増幅し、出力信号を出
力する増幅部とを備えた計測装置の出力補正回路であっ
て、前記出力信号が直列接続される2つの抵抗によって
分圧され、これら2つの抵抗の接続点に前記センサのア
ース側が接続されることを特徴とする。
【0012】このような本発明では、出力信号は直列接
続される2つの抵抗によって分圧され、これら2つの抵
抗の接続点にセンサのアース側が接続されているので、
センサに作用する物理量の上昇とともにセンサのアース
側電位が上昇して、この結果センサに対する印加電圧が
小さくなる。従って、当該センサから出力され、増幅部
に入力される電気信号は、センサに作用する物理量の上
昇とともに小さくなり、物理量と出力信号との関係は、
物理量の上昇とともに下側(正方向)に補正され、やは
り広い測定範囲に亘って両者の直線関係が維持される。
【0013】さらに、本発明に係る計測装置の出力補正
回路は、被測定物の物理量を電気信号に変換するセンサ
と、このセンサからの電気信号を増幅し、出力信号を出
力する増幅部とを備えた計測装置の出力補正回路であっ
て、電圧源から前記計測装置に入力される所定の電圧お
よび前記出力信号の電位差が直列接続される第1の抵抗
と第2の抵抗とによって分圧され、これら第1および第
2の抵抗の接続点の電圧を前記センサに印加する第1の
回路と、前記出力信号が直列接続される第3の抵抗およ
び第4の抵抗によって分圧され、これら第3および第4
の抵抗の接続点に前記センサのアース側が接続される第
2の回路とを有し、前記第1の回路と前記第2の回路と
は、切り替え可能となっていることを特徴とする。この
ような本発明では、切り替えにより、物理量と出力信号
との関係を正方向に直線化補正したり負方向に直線化補
正をすることが可能となるので、センサの特性に応じて
いずれかの補正を行うかを適宜選択することが可能とな
り、計測装置の出力補正回路を幅広い用途に供すること
が可能となる。
【0014】以上において、前記被測定物の圧力変化に
応じて変形するダイアフラムと、このダイアフラム上に
形成され、当該ダイアフラムの変形を電気信号に変換す
る歪みゲージとを備えた圧力センサの場合に本発明に係
る計測装置の出力補正回路を採用するのが好ましい。す
なわち、ダイアフラムの面外方向の変形をこのダイアフ
ラム上に形成された歪みゲージによって電気信号に変換
する場合に、上述した直線化補正を行う必要性が高く、
本発明の有用性は高い。
【0015】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態を図面
に基づいて説明する。尚、以下の説明では、既に説明し
た部材または部分と同一または類似の部材または部分に
ついては、その説明を省略または簡略にする。図1に
は、本発明の実施形態に係る圧力計測装置が示され、こ
の圧力計測装置10は、圧力センサ31と、増幅部32
と、圧力と出力信号との関係を直線化補正するために設
けられた出力補正回路15と、出力信号Voを出力する
増幅部32の出力端子に設けられ、出力インピーダンス
を変換するためのオペアンプ16とを備えている。出力
補正回路15は、圧力と出力信号との関係を負方向に直
線化補正するための第1の回路17と、圧力と信号との
関係を正方向に直線化補正するための第2の回路18と
から構成されている。
【0016】第1の回路17は、抵抗値R1の第1の抵
抗171と、この第1の抵抗171に直列に接続される
抵抗値R2の第2の抵抗172と、第1の抵抗171を
短絡するスイッチ173と、第2の抵抗172を接続、
開放するスイッチ174とを備え、第1の抵抗171お
よび第2の抵抗172の接続点175は、圧力センサ3
1のブリッジ312の印加端子313Aと接続されてい
る。そして、スイッチ173が開放状態でスイッチ17
4が接続状態の場合、電圧源による所定の電圧Vと出力
信号Voとの電位差が上述した第1の抵抗171および
第2の抵抗172によって分圧される。
【0017】第2の回路18も第1の回路17と略同様
の構成を有し、抵抗値R3の第3の抵抗181、抵抗値
R4の第4の抵抗182、第4の抵抗182を短絡する
スイッチ183、第3の抵抗181を接続、開放するス
イッチ184から構成されるが、第3の抵抗181およ
び第4の抵抗182の接続点185は、圧力センサ31
のブリッジ312のアース側端子313Bと接続されて
いる。そして、スイッチ183が開放状態でスイッチ1
84が接続状態の場合、出力信号Voが上述した第3の
抵抗181および第4の抵抗182によって分圧され
る。
【0018】このような構造の圧力計測装置10におけ
る圧力と出力信号Voとの関係における直線化補正は、
以下のような機構によって行われる。 (1)負方向に直線化補正を行う場合 負方向に直線化補正を行う場合、スイッチ173は開放
状態、スイッチ174は接続状態、スイッチ183は接
続状態、スイッチ184は開放状態とされ、第1の回路
17によって直線化補正が行われ、第2の回路18は機
能していない。
【0019】図2において、電圧源33からの一定電圧
をVと、出力信号をVoと、VとVoとの電位差をVsiと
すると、電位差Vsiによって第1の回路17には、増幅
部32に向かって吸い込み電流Isiが流れ、第1の抵抗
171による電圧降下ΔVsiは、 ΔVsi=Isi・R1 となる。従って、接続点175から圧力センサ31の印
加端子313Aに印加される印加電圧Vgは、 Vg=V−ΔVsi=V−Isi・R1 と表される。
【0020】ここで、出力信号Voが増加すると、Vo+
Vsi=V(一定)であるから、Vsiが減少し、これに伴
いIsiも減少してΔVsiも減少する。従って、Vgは、
出力Voを増加に伴って、Voの変化に対応して増加する
ことになる。すなわち、圧力センサ31に作用する実際
の圧力Pと出力信号Voとの関係は、図3のグラフAの
ように直線性の高いグラフBとなり、第1の回路17に
よる補正がされていない場合の圧力Pと出力信号Voと
の関係を表す直線性が正のグラフの場合と比較すると、
上側、すなわち負方向に直線化補正されていることが判
る。ここで、出力信号Voの補正の大きさは、抵抗17
2の抵抗値R2と、抵抗171の抵抗値R1との分圧比
で決定され、抵抗値R1を大きくして抵抗171による
電圧降下を大きくするに従って、負方向への直線化補正
が大きくなる。すなわち、R1/R2の比を大きくする
と補正量も大きくなる。
【0021】(2)正方向に直線化補正を行う場合 正方向に直線化補正を行う場合、上述した負方向の場合
とは逆に、スイッチ183は開放状態、スイッチ184
は接続状態、スイッチ173は接続状態、スイッチ17
4は開放状態とされ、第2の回路18によって直線化補
正が行われ、第1の回路17は機能していない図4にお
いて、歪みゲージ311への印加電圧Vgは、出力信号
Voによって第2の回路18には、増幅部32から吐き
出し電流Isoが流れ、第4の抵抗182には、電圧が生
じるので、接続点185の電位、すなわち圧力センサ3
1のアース側端子313Bの電位ΔVsoは、 ΔVso=Iso・R4 となる。
【0022】従って、圧力センサ31に印加されるVg
は、電圧源33の電圧VとΔVsoとの差で表され、 Vg=V−ΔVso=V−Iso・R1 となる。ここで、出力信号Voが増加すると、電圧源3
3の電圧Vが一定値であるので、吐き出し電流Isoが増
加し、アース側電位ΔVsoが増加して、Vgは減少する
こととなる。
【0023】すなわち、圧力Pと出力信号Voとの関係
は、図5のグラフCのように直線性の高いグラフとな
り、第2の回路18による補正がなされていない場合の
圧力Pと出力信号Voとの関係を表す直線性が負のグラ
フDの場合と比較すると、下側、すなわち負方向に直線
化補正されていることが判る。尚、出力信号Voの補正
の大きさは、抵抗181の抵抗値R3と抵抗182の抵
抗値R4との分圧比で決定され、抵抗182で電圧降下
を大きくするに従って正方向への直線化補正が大きくな
る。すなわち、R3/R4の比を大きくすると補正量も
大きくなる。
【0024】以上のような実施形態によれば、次のよう
な効果がある。すなわち、上述したように、圧力計測装
置10が第1の回路17を備えているので、圧力Pと出
力信号Voとの関係を、図3におけるグラフBからグラ
フAのように正方向に直線化補正することができ、圧力
計測装置10の高精度化を図ることができる。また、圧
力計測装置10が第2の回路18を備えているので、圧
力Pと出力信号Voとの関係を、図5におけるグラフD
からグラフCのように正方向に直線化補正することがで
き、圧力計測装置10の高精度化を図ることができる。
【0025】さらに、このような高精度の圧力計測装置
10を内部に抵抗171、172、181、182を設
けるだけで形成することができるので、圧力計測装置の
大型化を招くこともなく、製造コストが大幅に上昇する
こともない。そして、スイッチ173、174、18
3、184の組み合わせによる切り替えをするだけで、
圧力Pと出力信号Voとの関係を正方向に直線化補正し
たり、負方向に直線化補正することができるので、圧力
センサ31の特性に応じていずれかの補正を行うかを適
宜選択することができ、出力補正回路15を幅広い用途
に供することができる。
【0026】
【実施例】上述した圧力計測装置10を用いて、具体的
な直線化補正がどの程度可能かを評価したところ、以下
のような結果となった。 負方向の直線化補正 図1における電圧源33からの電圧Vを5(VDC)と
したところ、直線化補正のない場合、すなわち、第1の
回路17、第2の回路18が機能しないように、図1の
スイッチ173を接続、スイッチ174を開放、スイッ
チ183を接続、スイッチ184を開放して、圧力セン
サ31のダイアフラムに作用された基準圧力Pと出力信
号Voとの関係は、表1のようになった。尚、表1中、
基準出力とは、圧力Pと出力信号Voとが直線的な関係
にある場合の出力信号Voの大きさを意味し、加圧と
は、圧力センサ31に加圧方向に基準圧力Pを作用させ
た場合の出力信号Voの実測値であり、減圧とは、減圧
方向に作用させた場合の実測値である。
【0027】
【表1】
【0028】一方、第1の回路17を機能させて同様に
圧力センサ31に基準圧力Pを作用させた場合の基準圧
力Pと出力信号Voとの関係は、表2のようになった。
尚、抵抗171の抵抗値R1は500Ωであり、抵抗1
72の抵抗値R2は10kΩとしている。
【0029】
【表2】
【0030】補正なしの場合の直線性が+1.00%F.
S.(フルスパン)であったのに対して、直線化補正を行
った場合の直線性は、−0.05%F.S.であり、第1の
回路によって高精度化が著しく図られていることが確認
することができた。 正方向の直線化補正 上述と同様に補正なしの場合と、図1の第2の回路18
を機能させて直線化補正を行った場合の実測値の比較を
表3に示す。尚、基準圧力Pは、0、200、400
(kgf/cm2)とし、抵抗181の抵抗値R3は100
Ω、抵抗182の抵抗値R4は10kΩとした。
【0031】
【表3】
【0032】この結果、補正なしの場合の直線性が−
0.25%F.S.であったのに対して、負方向の補正を行
った場合の直線性は、−0.05%F.S.となり、第2の
回路18によって著しく高精度化が図られていることが
確認できた。
【0033】尚、本発明は、前述の実施形態に限定され
るものではなく、次に示すような変形をも含むものであ
る。すなわち、前述の実施形態では、センサは流体の圧
力を測定する圧力センサ31であったが、これに限ら
ず、ダイアフラムを利用した加速度センサ等であっても
本発明を利用することができる。また、前述の実施形態
では、電圧源33が圧力センサ31の印加電圧源と増幅
部32の電源を共通する圧力計測装置10に出力補正回
路15を組み込んでいたが、これに限らず、増幅部の電
源が別に供給されるような計測装置であっても、本発明
を利用することができる。
【0034】さらに、前述の実施形態では、出力補正回
路15は、第1の回路17と、第2の回路18とを備え
ていたが、これに限らず、センサの特性に応じて、負方
向の直線化補正が可能な第1の回路17のみから構成さ
れる出力補正回路や、正方向の直線化補正が可能な第2
の回路18のみから構成される出力補正回路を採用して
もよい。そして、前述の実施形態では、第1の抵抗17
1、第3の抵抗181は、抵抗値R1、R3が固定され
た抵抗であったが、これに限らず、第1の抵抗171、
第3の抵抗181に可変抵抗を用いてもよい。第1の抵
抗171、第3の抵抗181に可変抵抗を用いれば、き
め細やかな直線化補正を行うことができ、計測装置の一
層の高度化を図ることができる。その他、本発明の実施
の際の具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達
成できる範囲で他の構造等であってもよい。
【0035】
【発明の効果】前述のように、本発明の計測装置の出力
補正回路によれば、被測定物の物理量と出力信号との関
係を直線化補正することができるので、簡易な構造で安
価に計測装置の高精度化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る計測装置を表す回路図
である。
【図2】前述の実施形態の第1の作用を説明するため省
略した回路図である。
【図3】前述の実施形態における圧力と出力信号との関
係を表すグラフである。
【図4】前述の実施形態の第1の作用を説明するため省
略した回路図である
【図5】前述の実施形態における圧力と出力信号との関
係を表すグラフである。
【図6】従来の計測装置を表す回路図である。
【符号の説明】
10 計測装置 15 出力補正回路 17 第1の回路 18 第2の回路 31 センサ(圧力センサ) 32 増幅部 33 電圧源 171 第1の抵抗 172 第2の抵抗 181 第3の抵抗 182 第4の抵抗 175、185 接続点 311 歪みゲージ P 物理量(圧力) Vo 出力信号 V 所定の電圧 Vsi 所定の電圧と出力信号との電位差

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定物の物理量を電気信号に変換するセ
    ンサと、このセンサからの電気信号を増幅し、出力信号
    を出力する増幅部とを備えた計測装置の出力補正回路で
    あって、 電圧源から前記計測装置に入力される所定の電圧と前記
    出力信号との電位差が直列接続される2つの抵抗によっ
    て分圧され、 これら2つの抵抗の接続点の電圧を前記センサに印加す
    ることを特徴とする計測装置の出力補正回路。
  2. 【請求項2】被測定物の物理量を電気信号に変換するセ
    ンサと、このセンサからの電気信号を増幅し、出力信号
    を出力する増幅部とを備えた計測装置の出力補正回路で
    あって、 前記出力信号が直列接続される2つの抵抗によって分圧
    され、 これら2つの抵抗の接続点に前記センサのアース側が接
    続されることを特徴とする計測装置の出力補正回路。
  3. 【請求項3】被測定物の物理量を電気信号に変換するセ
    ンサと、このセンサからの電気信号を増幅し、出力信号
    を出力する増幅部とを備えた計測装置の出力補正回路で
    あって、 電圧源から前記計測装置に入力される所定の電圧および
    前記出力信号の電位差が直列接続される第1の抵抗と第
    2の抵抗とによって分圧され、これら第1および第2の
    抵抗の接続点の電圧を前記センサに印加する第1の回路
    と、 前記出力信号が直列接続される第3の抵抗および第4の
    抵抗によって分圧され、これら第3および第4の抵抗の
    接続点に前記センサのアース側が接続される第2の回路
    とを有し、 前記第1の回路と前記第2の回路とは、切り替え可能と
    なっていることを特徴とする計測装置の出力補正回路。
  4. 【請求項4】請求項3に記載の計測装置の出力補正回路
    において、 前記センサは、前記被測定物の圧力変化に応じて変形す
    るダイアフラムと、このダイアフラム上に形成され、当
    該ダイアフラムの変形を電気信号に変換する歪みゲージ
    とを備えた圧力センサであることを特徴とする計測装置
    の出力補正回路。
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