JPS5833482B2 - ストレンゲ−ジブリツジ回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は絶苅圧力計等に使用されるストレンゲージの
圧力変換出力を取出すためのブリッジ回路に関するもの
である。

一般的にストレンゲージとしては、例えば厚さの薄い低
濃度の基板結晶（Ｓｉ）の上に高濃度の不純物（ボロン
）を拡散し、薄膜の拡散層が所定の形に形成されたもの
をそのままストレンゲージとして使用できるようにした
拡散形半導体ストレンゲージが知られている。

従来においては、基板結晶（感圧ダイアフラム）の面１
００の半径方向に形成されたストレンゲージは加圧によ
り抵抗値が増加するゲージＲＴとして構成され、また、
基板結晶の面１００の円周方向に形成されたストレンゲ
ージは加圧により抵抗値が減少するゲージＲｃとして構
成され、これらのゲージＲＴ、Ｒｃにより第１図に示す
ようなフルブリッジ回路を構成する。

すなわち、第１図に示すフルブリッジ回路において、出
力Ｖ。

は次式によって求められる。

また、ストレンゲージＲＴ は一般に次式の通りである。

ツＲＣ の各温度特性 ＲＴＯ・ ＲＣＯは基準温度におけるゲージの基準抵抗値 αＴ、αＣはゲージの抵抗温度係数 βＴ１βＣはゲージファクタ温度係数 ＫＴ、ＫＣは基準温度におけるゲージファクタεＴ１
εＣはひずみ ｔは基準温度からの温度変化量 そこで、ＲＴ、Ｒｃの形状を等しくすれば、前記の式（
２）、（３）におけるそれぞれの係数は、となるので、 前記式（２）、 （３）４１次式のようになる。

しかるに、上記式（２Ｙ、（３）ｅ’）関係から、前記
式（１）におけるフルブリッジ回路の出力■。

を温度特性の関係式で表わすと次式のようになる。

但し、αβｔ２の項は高次の微小項のため省略。

そこで、前記式（９）において、（α＋β）はスパン（
感度）の温度係数であり、このスパンの温度補償を行う
ためには電流ｉをスパンの温度特性を０ 打消すように、すなわち、１１＋（。

工β）。に設定しなげればならず、定電流電源回路が極
めて複雑となる難点がある。

また、ゲージファクタＫ及びひずみε等は素子によりバ
ラツキ（拡散条件や板厚のバラツキ等が原因）が生じる
ことが予想され、スパンは検出部毎に異なった値を示す
ので、検出部のスパンを統一するためには電流ｉを検出
部毎に設定しなおす必要があり、検出部の互換性が乏し
くなる欠点がある。

そこで、本発明者等は前記の欠点を全て克服すべく鋭意
研究を重ねた結果、定電流源に接続されたフルブリッジ
回路の出力取出端子間に抵抗Ｒ１゜Ｒ２を直列に接続し
、その一方の抵抗Ｒ１の端子間より出力電圧ｖｏを取出
すように構成すれば、出力ｖｏは次式で求められ、 ことにより、定電流ｉを温度変化に対して変化させるこ
となく一定の電流でスパンの温度補償を達成できること
を突き止めた。

従って、本発明の目的は、定電流源を温度に応じて変化
させることなく、しかも入力電力回路及び出力電圧回路
に補償手段を設けることな（スパンの温度補償は達成で
きるストレンゲ−ジブリッジ回路を提供するにある。

このような目的は、本発明によれば、被測定量によって
抵抗値が増加する２つのストレンゲージと、被測定量に
よって抵抗値が減少する２つのストレンゲージとにより
ブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路の出力取出端
子間に補償用抵抗を接続してストレンゲージの温度係数
を調整しスパンの温度補償を行うよう構成することによ
り達成される。

また、前記のストレンゲ−ジブリッジ回路において、出
力ｖｏが次式で求められ、 となるよう選定すれば好適である。

さらに、またｍの値を調節可能にし、スパンの補償を調
整し得るよう構成すれば好適である。

次に、本発明に係るストレンゲ−ジブリッジ回路につき
添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

第３図は、本発明に係るストレンゲ−ジブリッジ回路の
動作原理を示す回路図で、感圧ダイアフラムＤの面〔１
００〕の半径方向に形成された被測定量により抵抗値が
増加するゲージＲＴと、感圧ダイアフラムＤの面（１０
０）の円周方向に形成された被測定量により抵抗値が減
少するゲージＲ６とにより（第２図参照）、フルブリッ
ジ回路を構成し、≦このフルブリッジ回路の出力取出し
用端子間に補償用抵抗Ｒ１及びＲ２を直列に接続して、
一方の補償用抵抗Ｒ１間の端子電圧を出力Ｖ。

とじて取出すように構成したものである。

すなわち、第３図に示すブリッジ回路から、抵抗Ｒ１に
流れる電流１２は次式で求められる。

しかるに、ゲージＲＴ、Ｒｃの温度特性の関係式は既に
述べたように（２ｒ、（３賦の通りであるから、前記式
αカは次のようになる。

を満足すれば、電流ｉを温度変化に対して変化させる必
要なく、常に一定の電流でスパンの温度補償が可能とな
る。

また、ストレンゲージの不純物濃度とゲージの温度係数
α、βの関係は、ある範囲（不純物濃度１０１４／ｃｒ
ｉＬ近辺）では第４図に示すような値となる。

従って、拡散条件を適当に選んでα＋β〉０なるスパン
温度係数を持つゲージＲＴ ｔ ＲＣを作成すれば、前
記式α力のＲ８によりスパンの温度補償を行うことがで
きる。

しかも、スパンの補償は式（１０）のｍの値、すなわち
Ｒ１の値を変えることにより調整することができる。

さらに、余り高精度のスパン補償及びスパン温度補償が
必要でない場合には、α＋β＝Ｏとすればよい。

なお、式００）から明らかなよううＲ８の値が小さくな
ると、感度が低下するのでα＋βの値は余り大きくしな
いのが得策である。

第５図は本発明に係るストレンゲ−ジブリッジ回路の具
体的な実施例を示すもので、第３図に示す補償用抵抗Ｒ
１，Ｒ２に相当する抵抗として、並列に接続した抵抗１
０，１２０両端にそれぞれ抵抗１４及び１６を直列に接
続してなり前記抵抗１４の一端部と抵抗１０の可調整端
子より出力導線Ｌ１ｊＬ２を導出したものである。

なお、抵抗１８．２０，２２，２４，２６はそれぞれブ
リッジ調整用抵抗である。

このようにブリッジ回路を構成することによって、第３
図の原理回路図と同様にスパンの補償及びスパンの温度
補償を容易に達成することができる。

なお、本実施例においては、抵抗１０を調節することに
よりスパンの補償を調整することができる。

本発明に係るストレンゲ−ジブリッジ回路によれば、定
電流の値を温度に応じて変化させる必要がなく、通常の
定電流電源が使用でき、かつ検出感度が統一されたスト
レンゲージを得ることができるので、人力電力回路及び
出力電圧回路に補償手段を設ける必要がな（、検出部す
なわちゲージ相互間の互換性が向上する。

また、製造過程のバラツキによって生じる素子のバラツ
キも前記方法にて補償できるので、高精度のストレンゲ
ージを提供することができる。

以上、本発明に係るストレンゲ−ジブリッジ回路の実施
例について説明したが、本発明の精神を逸脱しない範囲
内において種々の設計変更をなし得ることは勿論である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のストレンゲージのフルブリッジ回路を示
す結線図、第２図は感圧ダイアフラム上に形成するスト
レンゲージの配置列を示す説明図、第３図は本発明に係
るストレンゲ−ジブリッジ回路の動作原理を示す回路図
、第４図はストレンゲージの拡散不純物濃度と温度係数
との関係を示す特性曲線図、第５図は本発明に係るスト
レンゲ−ジブリッジ回路の実施例を示す回路図である。 ＲＴ、Ｒｃ・・・・・・ストレンゲージ、Ｄ・・・・・
・感圧ダイアフラム、Ｒ１，Ｒ２，１０，１２，１４，
１６・・・・・・補償用抵抗、１８，２０，２２，２４
，２６・・・・・・ブリッジ調整用抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被測定量によって抵抗値が増加する２つのストレン
   ゲージと、被測定量によって抵抗値が減少する２つのス
   トレンゲージとによりブリッジ回路を構成し、このブリ
   ッジ回路の出力取出端子間に補償用抵抗を接続してスト
   レンゲージの温度係数を調整しスパンの温度補償を行う
   よう構成したストレンゲ−ジブリッジ回路において、す
   べてのストレンゲージの抵抗温度係数を共に等しい値α
   になるように選定しかつすべてのストレンゲージのゲー
   ジファクタ温度係数を共に等しい値βになるように選定
   し、さらにそれらすべてのストレンゲ※※−ジの基準抵
   抗値を等しい値Ｒ８に選定し、際に温度補償抵抗値Ｒ８
   を その ことを特徴とするストレンゲ−ジブリッジ回路。