JPS6076637A - 半導体圧力計 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体圧力計に係り、特に温度補償を高精度で
容易に行えるようにするのに好適な半導体圧力センサを
用いて圧力や差圧を検出してそれを電気信号に変換して
外部に出力するようにしてなる半導体圧力計に関するも
のである。

〔発明の背景〕

近年、流体を取り扱う化学プラントやその他のプラント
においては、プラントの運転に必要不可欠な流体の圧力
や差圧の測定に±０．２％程度の高精度化と高信頼性が
要求されている。圧ツバ差圧測定の手段としては種々の
ものがあるが、最近、半導体ゲージ抵抗を用いた半導体
圧力センサが注目されている。半導体ゲージ抵抗は、従
来の金属ゲージ抵抗に比べてその抵抗変化が数十倍以、
ヒ大きいため大きな電気出力が得られ、また、半導体製
造プロセスを利用できるだめ、小形、安価で均一なもの
が得れるという優れた利点をもっている。

しかし、その反面、半導体特有の温度依存性があり、折
抗値や感度が温度によって左右でれる。しかも、圧力、
差圧伝送器は、屋外のプラントに直接取付けられるため
使用環境が厳しく、−４０〜１２０Ｃの温度で使用され
る。したがって、半導体圧力センサには、いくつかの温
度特性改善機能が付加される。

第１図は半導体圧力センサを用いた電子式圧力。

差圧伝送器の回路構成図である。半導体圧力センサには
４個の半導体ゲージ抵抗が拡散によって形成されていて
、これらで構成されたブリッジと、いくつかの温度特性
改善機能とよシなるセンサ部１と、ブリッジを最適条件
で励起する励起回路２と、ブリッジからの圧力または差
圧に比例した電気信号の演算増幅を行って所定レベルの
電流信号に変換する出力演算増幅回路３と、出力信号を
表示する電流計４と、ブリッジからの電気信号の零調整
ボリウム５と、出力演算増幅回路３からの電流信号のス
パン調整ポリウム６とより全体回路が構成しである。な
お、外部には、回路を駆動するための直流電源７と信号
電流を検出する検出抵抗８が図示のように接続しである
。

この回路のセンサ部１を除いた部分は、通常、電流変換
器といわれておジ、１つのケースに収納され２画一的に
製作される。した芥って、半導体圧力センナの温度特性
改善機能を持っておらず、それはすべて半導体圧力セン
サに附加される。

第２図は半導体圧力センサにおける虫ンサ部１の回路の
詳細を示す図である。ブリッジ９は４個の半導体ゲージ
抵抗１ｏで構成してあり、ブリッジ９の周囲には温度特
性改善のための温度補償部１１が設けてあり、温度補償
部１１には、半導体圧力センサに圧力または差圧が印加
されないときのブリッジ９の零バランスが温度によって
変化しないように補償するための零温度補償回路１２と
、半導体圧力センザに圧力または差圧が印加されないと
きのブリッジ９からの電気信号が温度によらず一定にな
るように補償するだめのスパン淵ｅ補償回路１３および
半導体圧力センサに圧力または差圧を印加しない状態で
の出力電気信号を零とせずあるレベルの信号となるよう
にして使用する場合の零遷移温度補償回路１４とが設け
である。Ａ〜Ｆはそれぞれセンサ部１の外部接続端子を
示す。

これらの温度補償回路１２〜１４け、それぞれ数個の抵
抗とサーミスタがらなり、その抵抗の抵抗値およびサー
ミスタの抵抗値は、半導体圧力センサの温度を変え、さ
らに、半導体圧力センサに加える圧力あるいに差圧の有
無などのいくつかのパラメータを変えて、半導体圧力セ
ンサの特性を測定し、その結果から計算によってめて定
める３このようにして定数が決定されたセンサ部１は、
どのような電流変換器（電圧変換器とする場合もある）
にも組み込んで使用することができる。

第３図は従来の半導体圧力センサを用いた温度補償回路
を一体に収納した差圧測定用受圧部本体の構成図である
。以下その機能を説明する。受圧部本体１５には、低圧
力側と高圧力側とにそれぞれシールダイアフラム１６が
あシ、それぞれのシールダイアフラム１６の外側に作用
する圧力に、圧力伝達媒体であるシリコンオイルエフを
介してセンシングダイアフラム１８の両側にそれぞれ伝
えられる。センシングダイアフラム１８は、万一片圧の
みが作用した場合の大きい差圧を吸収する作用を兼ねて
いる。この場合、高圧側と低圧側との空間容積を同じに
構成し、同量のシリコンオイル１７を封入できるように
してシリコンオイル１７の熱膨張、収縮による温度影響
を打ち消すようにしである。センシングダイアフラム１
８の両側ノシリコンオイル１７の圧力は、それぞれ導管
１９によって半導体圧力センサ２０の両側に導かれ、こ
れによシ半導体圧力センサ２０は差圧に応じて変位する
。半導体圧力センサ２０の片面上には半導体ゲージ抵抗
が拡散によって形成して１７、それらの抵抗値が半導体
圧力センサ２０の変位によって変化する。各半導体ゲー
ジ抵抗はブリッジ状に接続してあり、差圧信号を電気信
号に変換し、その出力はハーメチック端子２１から受圧
部本体１５外に取り出される。このハーメチック端子２
１は、半導体圧力センサ２０の温度特性を測定する際の
電気的接触子としても用いられる。

２２は温度補償基板で、温度補償基板２２には抵抗２３
％ザーミスタ２４が取り付けてあり、温度補償基板２２
とハーメチック端子２１およびカバー２５に取り付けら
れたコネクタ２６とはそれぞれフレキシブルプリント配
線２７で接続してあり、誤配線を防止するようにしであ
る。

第４図は第３図の受圧部本体１５を用いたフランジ付受
圧部の構成図である。フランジ付受圧部は直接タンクに
取り付けられ、タンク内の液面測定などに用いられる。

タンクに取り付けられるフランジ２８には接液シールダ
イアフラム２９の外周が溶接されておシ、接液シールダ
イアフラム２９で受けた圧力は、フランジ２８と標準の
受圧部本体１５の高圧側とをキャビラリーチュブ３０で
接続し、その内側にシリコンオイル３１を満して高圧側
のシールダイアフラム１６に伝達する。

３２は補強パイプである。

ところで、フランジ部のシリコンオイル３１の量は、キ
ャピラリーチューブ３０が敬メートルと長いため、標準
の受圧部本体１５のシリコンオイル１７の数倍となり、
かつ、高圧側にのみフランジ２８が取り付けられるので
、高圧側のシリコンオイル１７と３１の量が低圧側に比
べて著しく多くなり、シリコンオイルの熱膨張、収縮に
よる接液シールダイアフラム２９の反力が変化し、これ
による圧力変化で出力誤差が生じる。しだがって。

受圧部の温度補償は、標準の受圧部本体１５で行われる
が、フランジ２８を取り付けだ後で再度行う必要が生じ
、その場合、温度補償基板２２に取り付けられた抵抗２
３やサーミスタ２４をノ・ンダ作業で交換しなければな
らない。しかし、この交換作業時に温度補償基板２２お
よび薄いフレキシブルプリント配線２７を損傷したり、
熱で劣化はせたシし、作業性、信頼性に問題があった。

しかも、温度補償基板２２やフレキシブルプリント配線
２７は、受圧部本体１５に取シ付けた後は交換がほとん
ど不可能であり、これらを損傷したときは、その受圧部
本体１５が使用できなくなるという問題を生ずる。

以上述べたように、従来は受圧部本体１５に温度補償基
板２２が一体に組み込んであるため、作業がすべてシリ
ーズ化し、作業性、信頼性に問題を生ずるという欠点が
あった。

〔発明の目的〕

本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的とする
ところは、温度補償を容易かつ高精度で行うことができ
、しかも、後で温度補償内容を変更することが可能な半
導体圧力計を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の性徴は、半導体圧力センサの温度特性を補償す
る温度補償手段は、上記半導体圧力センサを装着しであ
る受圧部本体と上記半導体圧力センサの表面に形成した
半導・体ゲージ抵抗で構成したブリッジからの圧力また
は差圧に比例した電気信号を所定レベルの電流まだは電
圧に変換する変換器とから独立して設けてあり、かつ、
着脱自在の構成とした点にある。

〔発明の実施例〕

以下本発明を第５図、第６図に示した実施例を用いて詳
細に説明する。

第５図は本発明の半導体圧力計の温度補償部の一実施例
を示す構成説明図である。第５図においては、第３図に
示す主うに、シールダイアフラム１Ｇ、センシングダイ
アプラム１８、半導体圧力センサ２０、ハーメチック端
子２１が設けられている受圧部本体１５のハーメチック
端子２１がらのフレキシブルプリント配線２７を接続し
たコネクタ３３を設けるとともに、半導体圧力センサ２
０からの圧力または差圧に比例した電気信号を所定レベ
ルの電流まだは電圧に変換する変換器３４にもコネクタ
３５を設け、温度補償基板２２は、それの入力側と出力
側とをそれぞれコネクタ３３と３４に接続できるように
構成し、温度補償基板２２は、受圧部本体１５と変換器
３４とから独立していて、かつ、着脱自在なものとしで
ある。

第６図は第５図の温度補償基板２２の一実施例を示す側
面図で、温度補償基板２２には抵抗２３−やサーミスタ
２４が取り付けてあり、第２図に示しである零温度補償
回路１２、スパン温度補償回路１３および零遷移温度補
償回路１４などが設けである。

以上の構成とすることによシ、標準タイプの受圧部本体
１５と変換器３４から温度補償基板２２を独立させるこ
とができ、独立した取扱いが可能となり、作業性の向上
、再温度補償を容易に実施可能となる。また、温度補償
時の電気的接続をコネクタ３３，３５によって行うこと
ができ、信頼性全向上できる。さらに、高精度の温度補
償が可能となり、半導体圧力計の温度特性を従来の１／
２〜１／３と向上することができる。

なお、標準タイプの受圧部本体１５を使用して第４図に
示すフランジ付受圧部としたり、置換器付受圧部とする
場合、温度補償基板２２のみを取り出して、再温度補償
することができる力・ら、シリコンオイル差による特性
劣化を簡単に解決することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、温度補償を容易
かつ高精度で行うことができ、しかも、あとで温度補償
内容を変更することができ、作業性、信頼性を向上でき
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は半導体圧力センサを用いた電子式圧力。 差圧伝送器の回路構成図、第２図は半導体圧力センサに
おけるセンサ部の回路の詳細を示す図、第３図は従来の
半導体圧力センサを用いた温度補償回路を一体に収納し
た差圧測定用受圧部本体の構成図、第４図は第３図の受
圧部本体を用いたフランジ付受圧部の構成図、第５図は
本発明の半導体圧力計の温度補償部の一実施例を示す構
成説明図、第６図は第５図の温度補償基板の一実施例を
示す側面図である。 １５・・・受圧部本体、２０・・・半導体圧力センサ、
２１・・・ハーメチック端子、２２・・・温度補償基板
、２７・・・フレキシブルプリント配線、３３．３５・
・・茅　！　固 第　３　日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、表面に半導体ゲージ抵抗を形成してなる半導体圧力
   センサを用いて圧力または差圧を検出するようにしてな
   る前記半導体圧力センサの温度特性を補償する温度補償
   手段を備えだ半導体圧労組において、前記温度補償手段
   は、前記半導体圧力センサを装着しである受圧部本体と
   前記半導体ゲージ抵抗で構成したブリッジからの圧力ま
   たは差圧に比例した電気信号を所定レベルの電流または
   電圧に変換する変換器とから独立して設けてあり、かつ
   、着脱自在とした構成としであることを特徴とする半導
   体圧力計。