JPS60135717A - 圧力検出回路 - Google Patents
圧力検出回路Info
- Publication number
- JPS60135717A JPS60135717A JP58249119A JP24911983A JPS60135717A JP S60135717 A JPS60135717 A JP S60135717A JP 58249119 A JP58249119 A JP 58249119A JP 24911983 A JP24911983 A JP 24911983A JP S60135717 A JPS60135717 A JP S60135717A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）産業上の利用分野
この発明は、半導体ピエゾ抵抗素子を含むセンサを用い
た圧力検出回路に関する。
た圧力検出回路に関する。
（ロ）従来技術
一般に、圧力センサには、ダイヤフラム上に形成される
半導体ピエゾ抵抗素子でブリッジ回路を形成し、圧力に
応答して半導体ピエゾ抵抗素子の抵抗値が変化すること
により、ブリッジ回路より出力信号を導出するものがあ
る。
半導体ピエゾ抵抗素子でブリッジ回路を形成し、圧力に
応答して半導体ピエゾ抵抗素子の抵抗値が変化すること
により、ブリッジ回路より出力信号を導出するものがあ
る。
この種の半導体ピエゾ抵抗素子を用いた圧力センサの最
大の問題点は、温度変化が非常に大きいことである。そ
のため従来は、温度変化によるブリッジ回路のゼロ点の
補正をするために、サーミ′スクと固定抵抗よりなる温
度補償回路を採用していた。しかしながら、半導、体ピ
エゾ抵抗素子とサーミスタ回路は、比較的近傍に設けら
れるとはいえ、いくらか距離をおいた位置に配置される
ため、両者間には多少の温度差があり、特に過渡的な状
態においてはかなりの温度差があり、そのためなお温度
誤差を生しるという欠点があった。すなわち、圧力セン
サの周囲温度が急激に変化すると、半導体ピエゾ抵抗素
子と温度補償用のサーミスタの間に温度勾配が生じて、
出力電圧が変化するという欠点があった。また〈温度補
償用にサーミスタ回路を用いると、直線性のよいセンサ
を得ることができないという問題点もあった。
大の問題点は、温度変化が非常に大きいことである。そ
のため従来は、温度変化によるブリッジ回路のゼロ点の
補正をするために、サーミ′スクと固定抵抗よりなる温
度補償回路を採用していた。しかしながら、半導、体ピ
エゾ抵抗素子とサーミスタ回路は、比較的近傍に設けら
れるとはいえ、いくらか距離をおいた位置に配置される
ため、両者間には多少の温度差があり、特に過渡的な状
態においてはかなりの温度差があり、そのためなお温度
誤差を生しるという欠点があった。すなわち、圧力セン
サの周囲温度が急激に変化すると、半導体ピエゾ抵抗素
子と温度補償用のサーミスタの間に温度勾配が生じて、
出力電圧が変化するという欠点があった。また〈温度補
償用にサーミスタ回路を用いると、直線性のよいセンサ
を得ることができないという問題点もあった。
（ハ）目的
この発明の目的は、上記した従来の圧力センサの欠点を
解消し、半導体ピエゾ抵抗素子で形成されるブリッジ回
路を用いた圧力センサにおいて、周囲温度が急激に変化
し圧力センサに温、度勾配が生しても、半導体ピエゾ抵
抗素子間にはほとんど温度差が現れず、温度誤差の生し
ない圧力検出回路を提供することである。
解消し、半導体ピエゾ抵抗素子で形成されるブリッジ回
路を用いた圧力センサにおいて、周囲温度が急激に変化
し圧力センサに温、度勾配が生しても、半導体ピエゾ抵
抗素子間にはほとんど温度差が現れず、温度誤差の生し
ない圧力検出回路を提供することである。
に）構成
上記目的を達成するために、この発明の圧力検出回路は
、半導体ピエゾ抵抗素子の温度変化そのものを利用して
温度補正を行っている。すなわちごの発明の圧力検出回
路は、ダイヤフラム上に形成される半導体ピエゾ抵抗素
子で形成されるブリッジ回路と、このブリッジ回路に定
電流を供給する定電流源と、前記ブリッジ回路の入力端
子電圧に応答し、この入力端子電圧により、前記ブリッ
ジ回路のゼロ点の温度シフトを補正する出力補正回路と
から構成されている。
、半導体ピエゾ抵抗素子の温度変化そのものを利用して
温度補正を行っている。すなわちごの発明の圧力検出回
路は、ダイヤフラム上に形成される半導体ピエゾ抵抗素
子で形成されるブリッジ回路と、このブリッジ回路に定
電流を供給する定電流源と、前記ブリッジ回路の入力端
子電圧に応答し、この入力端子電圧により、前記ブリッ
ジ回路のゼロ点の温度シフトを補正する出力補正回路と
から構成されている。
（ホ）実施例
以下、実施例により、この発明をさらに詳細に説明する
。
。
第１図は、この発明の実施に使用される半導体圧力セン
サの平面図であって、タイヤフラム１上に半導体ピエゾ
抵抗素子Ｒ１，Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４が形成されている。こ
の半導体センサ自体は、すでによく知られたものである
。
サの平面図であって、タイヤフラム１上に半導体ピエゾ
抵抗素子Ｒ１，Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４が形成されている。こ
の半導体センサ自体は、すでによく知られたものである
。
第２図は、この発明の１実施例を示す圧力検出回路の回
路接続図である。この圧力検出回路において、第１図に
示した半導体ピエゾ抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４か
らブリッジ回路２′が構成されている。３は定電流源で
あって、ブリッジ回路２の入力端Ａ、Ｂに接続され、定
電流ｌを供給するように構成されている。４は出力補正
回路であって、ブリッジ回路２の出力端ｃ、Ｄに接続さ
れ１、ブリッジ回路２の出力電圧を出力端子５に導出す
るとともに、ブリッジ回路２の電圧降下すなわち入力端
Ａ、Ｂ間の電圧Ｖｉを受け、この電圧Ｖｉによってブリ
ッジ回路２の出力端Ｃ，Ｄの電圧の温度によるゼロシフ
トを補正し′て、出力電圧を出力端子５から導出するよ
うになっている。
路接続図である。この圧力検出回路において、第１図に
示した半導体ピエゾ抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４か
らブリッジ回路２′が構成されている。３は定電流源で
あって、ブリッジ回路２の入力端Ａ、Ｂに接続され、定
電流ｌを供給するように構成されている。４は出力補正
回路であって、ブリッジ回路２の出力端ｃ、Ｄに接続さ
れ１、ブリッジ回路２の出力電圧を出力端子５に導出す
るとともに、ブリッジ回路２の電圧降下すなわち入力端
Ａ、Ｂ間の電圧Ｖｉを受け、この電圧Ｖｉによってブリ
ッジ回路２の出力端Ｃ，Ｄの電圧の温度によるゼロシフ
トを補正し′て、出力電圧を出力端子５から導出するよ
うになっている。
上記回路の圧力検出動作は、ダイヤフラム１に検出圧力
が加えられると、半導体ピエゾ抵抗素子Ｒ１Ｒ４の抵抗
値が、例えば増加し、逆に半導体ピエゾ抵抗素子Ｒ２、
餞３の抵抗値が減少し、ブリッジ回路２のバランスが崩
れ、出力＆１ｉｔＣ，Ｄから圧力に応じた出力電圧■０
が導出される。この場合、温度が一定で、あると、圧力
印加により半導体ピエゾ抵抗素子Ｒ・］′、Ｒ２、Ｒ３
、Ｒ４の抵抗値が変化しても、点Ａ’、゛Ｄ ＸＢのＲ
１、ｌマ２の合成抵抗及び点Ａ、Ｃ，ＢのＲ３、Ｒ４の
合成抵抗は変わらないが、温度が変化すると、それに応
じてＲ１，Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の抵抗値が変化するので、
この抵抗変化のアンバランスによりブリッジ回路のゼロ
点がシフトされるとともに、入力端Ａ、Ｂ間の合成抵抗
も増加する。定電流源３より定電流ｌがブリッジ回１１
８２に供給されているので、入力端Ａ、Ｂ間の電圧降下
Ｖｉは温度上昇とともに上昇する。この上昇した電圧■
ｉが出力補正回路４に加えられているので、出力端Ｃ，
Ｄより出力される出力電圧のゼロシフトが補正され、出
力端子５より温度変化の影響を受けない、すなわち温度
補正された出力電圧を導出することができる。
が加えられると、半導体ピエゾ抵抗素子Ｒ１Ｒ４の抵抗
値が、例えば増加し、逆に半導体ピエゾ抵抗素子Ｒ２、
餞３の抵抗値が減少し、ブリッジ回路２のバランスが崩
れ、出力＆１ｉｔＣ，Ｄから圧力に応じた出力電圧■０
が導出される。この場合、温度が一定で、あると、圧力
印加により半導体ピエゾ抵抗素子Ｒ・］′、Ｒ２、Ｒ３
、Ｒ４の抵抗値が変化しても、点Ａ’、゛Ｄ ＸＢのＲ
１、ｌマ２の合成抵抗及び点Ａ、Ｃ，ＢのＲ３、Ｒ４の
合成抵抗は変わらないが、温度が変化すると、それに応
じてＲ１，Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の抵抗値が変化するので、
この抵抗変化のアンバランスによりブリッジ回路のゼロ
点がシフトされるとともに、入力端Ａ、Ｂ間の合成抵抗
も増加する。定電流源３より定電流ｌがブリッジ回１１
８２に供給されているので、入力端Ａ、Ｂ間の電圧降下
Ｖｉは温度上昇とともに上昇する。この上昇した電圧■
ｉが出力補正回路４に加えられているので、出力端Ｃ，
Ｄより出力される出力電圧のゼロシフトが補正され、出
力端子５より温度変化の影響を受けない、すなわち温度
補正された出力電圧を導出することができる。
ここに示した出力補正回路４は、ブリ・７ジ回路２の入
力端Ａ、Ｂ間の電圧の変化に応じて、出力端Ｃ，Ｄに導
出される出力電圧を補正する回路であれば具体的にはい
かなるものであってもよいが、出力補正回路４をさらに
具体的に示した圧力検出回路の一例を第３図に示してい
る。
力端Ａ、Ｂ間の電圧の変化に応じて、出力端Ｃ，Ｄに導
出される出力電圧を補正する回路であれば具体的にはい
かなるものであってもよいが、出力補正回路４をさらに
具体的に示した圧力検出回路の一例を第３図に示してい
る。
第３図において、出力補正回路４は、インピーダンス整
合のためのボルテージホロワ増＠器６．７及び８、さら
にブリッジ回路２′の出力電圧を増幅するための演算増
幅器９等から構成されている。
合のためのボルテージホロワ増＠器６．７及び８、さら
にブリッジ回路２′の出力電圧を増幅するための演算増
幅器９等から構成されている。
すなわち、ブリッジ回路２の入力端Ａはボルテージホロ
ワ増幅器６に接続され、ブリッジ回路２の出力端Ｃばポ
ル孕−ジホロワ増幅器７に接続され、同出力＠Ｄはボル
テージホロワ増幅器８に接続されている。
ワ増幅器６に接続され、ブリッジ回路２の出力端Ｃばポ
ル孕−ジホロワ増幅器７に接続され、同出力＠Ｄはボル
テージホロワ増幅器８に接続されている。
さらに、ボルテージホロワ増幅器６の出力端は、抵抗Ｒ
Ｆを介して演算ｌｉ幅器９の一入力端に接続され、ボル
テージホロワ増幅器７の出力端は、抵抗Ｒを介して演算
増幅器９の一入：力端に接続され、ボルテージホロワ増
幅器８の出力端は、抵抗Ｒを介して演算増幅器９の十入
力端に接続されている。
Ｆを介して演算ｌｉ幅器９の一入力端に接続され、ボル
テージホロワ増幅器７の出力端は、抵抗Ｒを介して演算
増幅器９の一入：力端に接続され、ボルテージホロワ増
幅器８の出力端は、抵抗Ｒを介して演算増幅器９の十入
力端に接続されている。
さらに、ボルテージホロワ増幅器６の出力端と演算増幅
器９の十入力端には、可変抵抗ＲＶ ／！ｌ’＜接続さ
れている。また、演算増幅器９の出力端と一入力端間に
は抵抗ＲＥが接続され、演算増幅器９の十入力端とアー
ス間には、抵抗ＲＥが接続されている。したがって、演
算増幅器９の一入力端及び十入力端より入力側をみたイ
ンピーダンスは、等しくなるように構成されている。ま
た、抵抗ＲＦに対して可変抵抗ＲＶは、抵抗値が抵抗Ｒ
Ｆを中心に、抵抗ＲＦよりも大小の範囲で調整できるよ
うに選定されている。
器９の十入力端には、可変抵抗ＲＶ ／！ｌ’＜接続さ
れている。また、演算増幅器９の出力端と一入力端間に
は抵抗ＲＥが接続され、演算増幅器９の十入力端とアー
ス間には、抵抗ＲＥが接続されている。したがって、演
算増幅器９の一入力端及び十入力端より入力側をみたイ
ンピーダンスは、等しくなるように構成されている。ま
た、抵抗ＲＦに対して可変抵抗ＲＶは、抵抗値が抵抗Ｒ
Ｆを中心に、抵抗ＲＦよりも大小の範囲で調整できるよ
うに選定されている。
この圧力検出回路において、ブリッジ回路２の出力端Ｃ
の電位は、ボルテージホロワ増幅器７を介して演算増幅
器９の一入力端に加えられ、ブリッジ回路２の出力端り
の電位は、ポルチーシボロワ増幅器８を介して演算増幅
器９の十入力端に加えられ、差動的に動作し、その差の
電圧が出力端子５に導出される。
の電位は、ボルテージホロワ増幅器７を介して演算増幅
器９の一入力端に加えられ、ブリッジ回路２の出力端り
の電位は、ポルチーシボロワ増幅器８を介して演算増幅
器９の十入力端に加えられ、差動的に動作し、その差の
電圧が出力端子５に導出される。
なお、演算増幅器９の一入力端、十入力端には、ブリッ
ジ回路２の入力端仄の電位が、ボルテージホロワ増幅器
６、抵抗ＲＦ及び抵抗ＲＶを介してそれぞれ入力されて
いる。これにより、出力回路のゼロ点が調整される。
ジ回路２の入力端仄の電位が、ボルテージホロワ増幅器
６、抵抗ＲＦ及び抵抗ＲＶを介してそれぞれ入力されて
いる。これにより、出力回路のゼロ点が調整される。
この状態で圧力が入力されると、それに応して半導体ピ
エゾ抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の抵抗値が変化す
るので、ブリッジ回路２のバランスが崩れ、出力端Ｃと
Ｄに電位差■０が生じ、したがってその電位差■０に応
した出力電圧が出力端子５より出力される。
エゾ抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の抵抗値が変化す
るので、ブリッジ回路２のバランスが崩れ、出力端Ｃと
Ｄに電位差■０が生じ、したがってその電位差■０に応
した出力電圧が出力端子５より出力される。
なお、圧力センサの温度が上昇すると、それに応じて半
導体ピエゾ抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の抵抗値が
変化し、そのアンバランスにより出力端Ｃ，Ｄ間の出力
電圧がシフトするが、入力端への電位も、半導体ピエゾ
抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の抵抗値の上昇により
上昇している。
導体ピエゾ抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の抵抗値が
変化し、そのアンバランスにより出力端Ｃ，Ｄ間の出力
電圧がシフトするが、入力端への電位も、半導体ピエゾ
抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の抵抗値の上昇により
上昇している。
この電位がポルチーシボロワ増幅器６、抵抗ＲＦ及び抵
抗ＲＶを介して、演算増幅器９の一入力端及び十入力端
にそれぞれ加えられている。出力端子Ｃ，Ｄ間の出力電
圧が温度上昇により＋側にシフＩ・する時はＲＶ＞ＲＦ
、−側にシフトする時はＲＶ ＜ ＲＦとすることによ
り、センサ出力の温度によるゼロシフトは補正可能であ
る。補正量はＲＶ、ＲＦ両者の差による。これにより出
力端子５からは温度誤差のない出力電圧を導出すること
ができる。
抗ＲＶを介して、演算増幅器９の一入力端及び十入力端
にそれぞれ加えられている。出力端子Ｃ，Ｄ間の出力電
圧が温度上昇により＋側にシフＩ・する時はＲＶ＞ＲＦ
、−側にシフトする時はＲＶ ＜ ＲＦとすることによ
り、センサ出力の温度によるゼロシフトは補正可能であ
る。補正量はＲＶ、ＲＦ両者の差による。これにより出
力端子５からは温度誤差のない出力電圧を導出すること
ができる。
また、周囲温度が急激に変化して圧力センサ内に温度勾
配が住じても、半導体ピエゾ抵抗素子間にはほとんど温
度差が現れないので、周囲温度が急激に変化したことに
よる過渡的なゼロ点の温度シフトもほと１んど現れるこ
とはない。
配が住じても、半導体ピエゾ抵抗素子間にはほとんど温
度差が現れないので、周囲温度が急激に変化したことに
よる過渡的なゼロ点の温度シフトもほと１んど現れるこ
とはない。
なお、上記実施例において、半導体ピエゾ抵抗素子で形
成されるブリッジ回路は、フルブリッジを例にとり説明
したが、ブリッジ回路はハーフブリッジで構成されるも
のであってもよい。
成されるブリッジ回路は、フルブリッジを例にとり説明
したが、ブリッジ回路はハーフブリッジで構成されるも
のであってもよい。
（へ）効果
以上のように、この発明によれば、半導体ピエゾ抵抗素
子の温度変化で生じるブリッジ回路の端子電圧の変化分
を利用して、すなわち半導体ピエゾ抵抗素子の温度変化
自体を利用して温度補正をするようにしているので、何
ら温度の影響を受けることなく圧力測定が可能である。
子の温度変化で生じるブリッジ回路の端子電圧の変化分
を利用して、すなわち半導体ピエゾ抵抗素子の温度変化
自体を利用して温度補正をするようにしているので、何
ら温度の影響を受けることなく圧力測定が可能である。
また、温度補正にサーミスタを使用しないので、そして
各半導体ピエゾ抵抗素子間には過渡的な温度変化による
温度勾配がほとんど発生しないので、過渡的な温度変化
によるゼロシフトが生しることがない。その上、サーミ
スタを使用しないので、直線性のよい圧力検出を行うこ
とができる。
各半導体ピエゾ抵抗素子間には過渡的な温度変化による
温度勾配がほとんど発生しないので、過渡的な温度変化
によるゼロシフトが生しることがない。その上、サーミ
スタを使用しないので、直線性のよい圧力検出を行うこ
とができる。
第１図はこの発明の実施に使用される半導体圧力センサ
の平面図、第２図はこの発明の一実施例を示す圧力検出
回路の回路接続図、第３図は同圧力検出回路の出力補正
回路をさらに具体的に示した一例を示す圧力検出回路の
回路接続図である。 １：ダイヤフラム、 ２ニブリッジ回路、３：定電流源
、 ４：出力補正回路、 Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ１ 半導体ピエゾ抵抗素子。
の平面図、第２図はこの発明の一実施例を示す圧力検出
回路の回路接続図、第３図は同圧力検出回路の出力補正
回路をさらに具体的に示した一例を示す圧力検出回路の
回路接続図である。 １：ダイヤフラム、 ２ニブリッジ回路、３：定電流源
、 ４：出力補正回路、 Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ１ 半導体ピエゾ抵抗素子。
Claims (1)
- （１）ダイヤフラム上に形成される半導体ピエゾ抵抗素
子で形成されるブリッジ回路と、このブリ・７ジ回路に
定電流を供給する定電流源と、前記ブリッジ回路の入力
端子電圧に応答し、この入力端子電圧により、前記ブリ
、ソジ回路のゼロ点の温度シフトを補正する出力補正回
路とからなる圧力検出回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58249119A JPS60135717A (ja) | 1983-12-24 | 1983-12-24 | 圧力検出回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58249119A JPS60135717A (ja) | 1983-12-24 | 1983-12-24 | 圧力検出回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60135717A true JPS60135717A (ja) | 1985-07-19 |
Family
ID=17188222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58249119A Pending JPS60135717A (ja) | 1983-12-24 | 1983-12-24 | 圧力検出回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60135717A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02242121A (ja) * | 1989-03-15 | 1990-09-26 | Nippondenso Co Ltd | 圧力・温度複合検出装置 |
| US5877423A (en) * | 1994-12-02 | 1999-03-02 | Getinge Ab | Method for providing temperature compensation for a wheatstone bridge-type pressure sensor |
| CN102865951A (zh) * | 2012-09-26 | 2013-01-09 | 太原理工大学 | 用于高速公路路基内部压力检测的压阻式传感器 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5841309A (ja) * | 1981-08-10 | 1983-03-10 | ザ・フオツクスボロ・コンパニ− | 圧力送量装置 |
-
1983
- 1983-12-24 JP JP58249119A patent/JPS60135717A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5841309A (ja) * | 1981-08-10 | 1983-03-10 | ザ・フオツクスボロ・コンパニ− | 圧力送量装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02242121A (ja) * | 1989-03-15 | 1990-09-26 | Nippondenso Co Ltd | 圧力・温度複合検出装置 |
| US5877423A (en) * | 1994-12-02 | 1999-03-02 | Getinge Ab | Method for providing temperature compensation for a wheatstone bridge-type pressure sensor |
| CN102865951A (zh) * | 2012-09-26 | 2013-01-09 | 太原理工大学 | 用于高速公路路基内部压力检测的压阻式传感器 |
| CN102865951B (zh) * | 2012-09-26 | 2015-02-25 | 太原理工大学 | 用于高速公路路基内部压力检测的压阻式传感器 |
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