JPS60171415A - 抵抗式変換装置 - Google Patents

抵抗式変換装置

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JPS60171415A
JPS60171415A JP59027652A JP2765284A JPS60171415A JP S60171415 A JPS60171415 A JP S60171415A JP 59027652 A JP59027652 A JP 59027652A JP 2765284 A JP2765284 A JP 2765284A JP S60171415 A JPS60171415 A JP S60171415A
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JP
Japan
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sensor
resistance
physical quantity
measured
resistance value
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JP59027652A
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JPH0476046B2 (ja
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Terutaka Hirata
平田 輝孝
Kiyoshi Odohira
尾土平 きよし
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Hokushin Electric Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/16Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying resistance

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈発明の属する技術分野〉 本発明は、圧力、差圧等の被測定物理量に応じて抵抗値
が変化する可変抵抗を有するセンサを用いた抵抗式変換
装置に関するものである。
〈従来技術〉 例えば、半導体のピエゾ抵抗効果を利用したシリコン圧
力センサにおいては、ピエゾ抵抗変化の温度依存性が太
きいため、温度変動による影響を受ける欠点がある。こ
のため一般には、サーミスタ、ポジスタ、トランジスタ
等の感温素子を用い、温度変動に応じてセンサのブリッ
ジ電源電圧を制御することによって補償を行っている。
この方法で精度よく補償を行うには、センサの温度依存
性と補償用感温素子の温度特性を一致させる必要がある
。しかしながら両者を一致させることは容易でなく、高
精度な補償は困難であった。
〈発明の目的〉 本発明は、センサの温度係数による影響を受けず、高精
度に被測定物理量を検出できる抵抗式変換装置を実現す
るにある。
〈発明の構成〉 本発明は、被測定物理量に応じて抵抗値RMが変化する
可変抵抗とこの可変抵抗の初期値と等しい抵抗値R2の
ゼロ点用抵抗および一定物理量に応じた抵抗値RIIの
スパン用抵抗を有するセンサと、このセンサの各抵抗値
を検出し、実質的にRM−R。
R8,−Rz なる演算をして被測定物理量に応じた信
号を出力する信号処理回路とを具えたことを特徴とする
ものである。
〈実施例〉 第1図は本発明装置の一実施例を示す接続図、第2図は
本発明装置に用いるセンサの一例を示す構成説明図であ
る。両図において、10はセンサで、20は信号処理回
路である。センサ10は、ピエゾ抵抗11a、llb、
llcを有している。ピエゾ抵抗11aはシリコン基板
12の第1のダイヤフラム部12aに、ピエゾ抵抗11
bはシリコン基板12の第2のダイヤフラム部12bに
、ピエゾ抵抗11cはシリコン基板12の固定部12゜
に設けられている。シリコン基板12はガラス等の絶縁
体13に取付けられておシ、その第1のダイヤフラム部
12aには絶縁体13の開口13&を介して被測定圧力
PMが与えられ、第2のダイヤフラム部12bはネジ1
5により調整できる恒弾性ばね合金であるN、 −S、
1LnC等のバネ14によって抑圧されている。またシ
リコン基板12の外側は大気圧(または真空)とされて
いる。したがりて、ピエゾ抵抗11aは被測定圧力PM
に応じたダイヤフラム部12aの変形にょシ、その抵抗
値RMが変化する可変抵抗である。またピエゾ抵抗11
bはバネ14の抑圧に応じたダイヤフラム部12bの変
形により、その抵抗値Rが決るスパン抵抗であシ、ピエ
ゾ抵抗11aはその抵抗R2が、被測定圧力PMおよび
バネ14にょる押圧の影響を受けないゼロ点用抵抗であ
る。そして、ピエゾ抵抗用、a、llb、llcは、被
測定圧力PMにより変化する応力をσ8.バネ14によ
る一定応力をσ8.ピエゾ抵抗係数をπ、σヶ、σ、が
零のときの初期抵抗値をRとしたとき、各抵抗値RM、
R,。
R2が次式を満足するように構成されている。
fi1式において、初期抵抗値Rとピエゾ抵抗係数πに
それぞれ温度係数α、βがあシ、基準温度のときの初期
抵抗値をR6,基準温度のときのピエゾ抵抗係数をπ。
および温度をtとすると、Rとπはそれぞれ次式で与え
られる。
信号処理回路20において、21m、21b、21cは
各々センサアンプで、センサアンプ21aの帰還回路に
センサー0のピエゾ抵抗11aが、センサアンプ21b
の帰還回路にセンサー0のピエゾ抵抗11bが、センサ
アンプ21eの帰還回路にセンサー0のピエゾ抵抗11
cがそれぞれ接続されている。22は誤差増幅器で、そ
の出力E が抵抗値の等しい抵抗23a、23b、23
cをそれぞれ介してセンサアンプ21a、21b、21
eの入力に加えられている。24.25 は各々減算回
路である。
減算回路24は演算増幅器24mと抵抗値の等しい4個
の演算抵抗24b、24c、24d、24e からなシ
、センサアンプ21bの出力E とセンサアンプ21c
の出力E2 との差(E、−E、)を演算して、誤差増
幅器22の入力端子(−)に抵抗22&を介して加える
。減算回路25は演算増幅器25aと抵抗値の等しい4
個の演算抵抗25b、25c。
25d、25e からなシ、センサアンプ21mの出力
EMとセンサアンプ21aの出力E7との差(EM−E
z)を演算して、出力端子OUTに出力電圧E として
与える。26は基準電圧源で、一定電圧E、を誤差増幅
器22の入力端子(l−)に与える。
このように構成した本発明装置においては、センサアン
プ21a、21b、21c の出力EM、 E、、 K
は抵抗23a、23b、23c の抵抗値をRとすると
、 となり、減算口M24.25の出力EA、Eo はそれ
ぞれ次式の如くなる。
EA= −(E、−g、L)=去(R,−R,)E、・
・・・・・(4)B。= −(EM−E、)= i−(
RM−R,) Bc−・・・・・(5)そして、誤差増
幅器22により減算回路24の出力EAが基準電圧ER
と等しくなるように、センサアンプ21a、21b、2
1c の入力電圧E0が制御されるので、次式の関係が
成立する。
よって、(6)式を(5)式に代入すると、出力電圧E
は、 となる。(7)式に(1)式を代入すると、出力電圧E
0は、 −σM Eo−、PR・・・・・・・・・(8)となり、温度係
数を持った初期抵抗値Rとピエゾ抵抗係数πの項を含ま
ないので、温度変動による影響を受けない。また、スパ
ン調整は一定応力σ8の値をネジ15によりバネ14の
抑圧を変えることによってできる。
第3図は本発明装置の他の実施例を示す接続図である。
第6図において、第1図の実施例と異るところは、セン
サ10に抵抗値がR7のピエゾ抵抗lidを追加し、ゼ
ロ点用抵抗を2個にするとともに、センサアンプに演算
機能を持たせ、(RM−R,)の演算をセンサアンプ2
1dで行い、(R,−R−の演算をセンサアンプ21e
で行うようにした点である。すなわち、ピエゾ抵抗11
mがセンサアンプ21dの入力端子(ト)とコモン間に
、ピエゾ抵抗11cがセンサアンプ21dの帰還回路に
、ピエゾ抵抗11bがセンサアンプ21eの入力端子←
)とコモン間に、ピエゾ抵抗11dがセンサアンプ21
eの帰還回路にそれぞれ接続されている。
誤差増幅器22の出力ECが抵抗23d、23etl−
介してセンサアンプ21dの入力端子(ト)、(−)に
加えられるとともに、抵抗23f、23gを介してセン
サアンプ21aの入力端子(ト)、(−)に加えられて
いる。
よって、誤差増幅器22でセンサアンプ21・の出力が
基準電圧ERと等しくなるように制御すれば、センサア
ンプ21dの出力端には、(7)式で示す出力電圧E。
が得られる。なお第6図においては誤差増幅器22の帰
還回路にコンデンサ22bを接続して、誤差増幅器22
に積分特性を持たせである。また、第4図に示すように
センサアンプ21m、21b、21cの入力電圧E を
一定にし、減算回路24.25の出力を割算回路27で
割算して、(7)式の関係を得るようにしてもよい。こ
の場合センサアンプ21a、21b、21aの出力EM
、 Es、 E、をそれぞれA/D変換器でディジタル
量に変換後マイクロコンピュータに与え、マイクロコン
ピュータよい。
第5図は本発明装置に用いるセンサの他の例の構成を示
す断面図である。第5図において第2図と異るところは
、ピエゾ抵抗11cもシリコン基板12の第3のダイヤ
フラム部12dに設けて、σヶ、σ8が零にもかかわら
ずシリコン基板12と絶縁体13との接着等によシ発生
する初期応力σ。
による影響を受けないようにした点である。すなわち第
6のダイヤフラム部12dの両側を同じ圧力(例えは大
気圧)とすると、各抵抗値RMIR8’Rは、 によって、σの影響も除去できる。
なお上述では、センサー0のピエゾ抵抗11bに一定応
力σ を作用させるために、ノクネ14を用いる場合を
例示したが、バネ14の代シに一定圧力P を加える等
必要に応じて穐々の手段を用いることができる。また上
述では、センサー0として応力によって抵抗値が変るも
のを例示したが、ストレンゲージのように変位によって
抵抗値が変るものでも同様にできる。
〈発明の効果〉 本発明においてに、温度変動の影響を受けず、高精度に
被測定物理量を検出できる抵抗式変換装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置の一実施例を示す接続図、第2図は
本発明装置に用いるセンサの構成の一例を示す断面図、
第6図、第4図は本発明装置の他の実施例を示す接続図
、第5図は本発明装置に用いるセンサの構成の他の例を
示す断面図である。 10・・・センサ lla、llb、lla、lid 
−ピエゾ抵抗 12・・・シリコン基板 12a。 12b、12d ・・・ダイヤフラム部 12c・・・
固定部 13・・・絶縁体 20・・・信号処理回路2
1 al 21 bH21(!、 21 do 21 
e・・・センサアンプ22 ・・・誤差増幅器 23a
+ 23b+ 23a、23a。 23 e 、 23 f 、 23 g −抵抗 24
.25−・・減算回路 26・・・基準電圧源 27・
・・割算回路第1図 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 被測定物理量に応じて抵抗値RMが変化する可変抵抗と
    この可変抵抗の初期値と等しい抵抗値R2のゼロ点用抵
    抗および一定物理量に応じた抵抗値算をして被測定物理
    量に応じた信号を出力する信号処理回路とを具備したこ
    とを特徴とする抵抗式
JP59027652A 1984-02-16 1984-02-16 抵抗式変換装置 Granted JPS60171415A (ja)

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JP59027652A JPS60171415A (ja) 1984-02-16 1984-02-16 抵抗式変換装置

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JPS60171415A true JPS60171415A (ja) 1985-09-04
JPH0476046B2 JPH0476046B2 (ja) 1992-12-02

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ID=12226848

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Citations (7)

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