JPS61215936A - 半導体圧力変換器 - Google Patents
半導体圧力変換器Info
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- JPS61215936A JPS61215936A JP5774985A JP5774985A JPS61215936A JP S61215936 A JPS61215936 A JP S61215936A JP 5774985 A JP5774985 A JP 5774985A JP 5774985 A JP5774985 A JP 5774985A JP S61215936 A JPS61215936 A JP S61215936A
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- voltage
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/02—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
- G01L9/06—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices
- G01L9/065—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices with temperature compensating means
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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】
〈産業上の利用分野〉
本発明は、シリコン等の半導体単結晶の持つピエゾ抵抗
効果を利用して圧力を電気信号に変換する半導体圧力変
換器に係り、特に剪断形ゲージを用いた半導体圧力変換
器の温度誤差を効果的に補償する半導体圧力変換器の改
良に関する。
効果を利用して圧力を電気信号に変換する半導体圧力変
換器に係り、特に剪断形ゲージを用いた半導体圧力変換
器の温度誤差を効果的に補償する半導体圧力変換器の改
良に関する。
〈従来技術〉
温度誤差を補償した従来の半導体圧力変換器の１例を第
５図に示し、これについて説明する。
５図に示し、これについて説明する。
圧力センサＰＳは、半導体のストレンゲージ’ｌ＋’２
＋ ’３ ｒ ’４で各辺をなすブリッジ回路で構成さ
れ、その電源端には電圧Ｖが印加されている。その出力
端の電圧Ｍｌ、Ｖ２はバッファ用の増幅器Ｑｌ 、 Ｑ
２でそれぞれバッファされ、抵抗Ｒ１，Ｒ２ｋ介して増
幅器Ｑ３の非反転入力端（＋）と反転入力端（＝）に供
給される。増幅器Ｑ３の非反転入力端（＋１の直流バイ
アス電圧は、電圧ｖｌ抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧して与えら
れている。また、その反転入力端←）と出力端との間に
は抵抗ちが接続されている。ここで、抵抗Ｒ１〜Ｒ５の
関係をＲ１＝ Ｒ２、Ｒ３＝Ｒ４＝２Ｒ５とすると増幅
器。３の出力電圧ｖ３は次式で表わすことができる。
＋ ’３ ｒ ’４で各辺をなすブリッジ回路で構成さ
れ、その電源端には電圧Ｖが印加されている。その出力
端の電圧Ｍｌ、Ｖ２はバッファ用の増幅器Ｑｌ 、 Ｑ
２でそれぞれバッファされ、抵抗Ｒ１，Ｒ２ｋ介して増
幅器Ｑ３の非反転入力端（＋）と反転入力端（＝）に供
給される。増幅器Ｑ３の非反転入力端（＋１の直流バイ
アス電圧は、電圧ｖｌ抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧して与えら
れている。また、その反転入力端←）と出力端との間に
は抵抗ちが接続されている。ここで、抵抗Ｒ１〜Ｒ５の
関係をＲ１＝ Ｒ２、Ｒ３＝Ｒ４＝２Ｒ５とすると増幅
器。３の出力電圧ｖ３は次式で表わすことができる。
この出力電圧ｖ３は抵抗Ｒ６を介して増幅器Ｑ４の反転
入刃端（→に供給される。増幅器Ｑ４の反転入力端のバ
イアス電圧としては、温度依存性のあるダイオードＤｌ
と抵抗Ｒｘ、Ｒ，で分圧した電圧が印加されている。ま
た、その反転入力端（→と出力端との間には抵抗−が接
続されている。更に１増幅器Ｑ４の非反転入力端（＋）
には電圧Ｖを抵抗Ｒｙ、Ｒｓで分圧した電圧が印加され
ている。この構成によれば増幅器Ｑ４の出力端の出力電
圧ｖ４は次式で表わすことができる。
入刃端（→に供給される。増幅器Ｑ４の反転入力端のバ
イアス電圧としては、温度依存性のあるダイオードＤｌ
と抵抗Ｒｘ、Ｒ，で分圧した電圧が印加されている。ま
た、その反転入力端（→と出力端との間には抵抗−が接
続されている。更に１増幅器Ｑ４の非反転入力端（＋）
には電圧Ｖを抵抗Ｒｙ、Ｒｓで分圧した電圧が印加され
ている。この構成によれば増幅器Ｑ４の出力端の出力電
圧ｖ４は次式で表わすことができる。
ここで、Ｒｐｒ ＝ Ｒｓとし、ＶＤはダイオードＤ１
０基撫温度ｔ０のときの順方向降下電圧としである。
０基撫温度ｔ０のときの順方向降下電圧としである。
いま、基準温度ｔｏで印加圧力Ｐが零の零点状態のとき
、増幅器Ｑ４の出力電圧ｖ４はストレンゲージｒｌ−ｒ
４を適切に選べば、差動出力（Ｖｌ−ｖ、 ）を零にす
ることができるので、これヲ（２）式に代入すると、 となる。
、増幅器Ｑ４の出力電圧ｖ４はストレンゲージｒｌ−ｒ
４を適切に選べば、差動出力（Ｖｌ−ｖ、 ）を零にす
ることができるので、これヲ（２）式に代入すると、 となる。
次に、温度ｔがｔ６からｔＩに変化し、それに応じてダ
イオードＤ、の順方向降下電圧ＶＤがΔｖＤだけ変化、
差動電圧（Ｖｌ−Ｖ２ ）がΔＶだけ変化したとすれば
、出力電圧ｖ４は次の様になる。
イオードＤ、の順方向降下電圧ＶＤがΔｖＤだけ変化、
差動電圧（Ｖｌ−Ｖ２ ）がΔＶだけ変化したとすれば
、出力電圧ｖ４は次の様になる。
ここで、基準温度１（、から規定温度ｔ１に変化したと
きに出力が変化しないためＫは、 とすれば良い。ダイオードＤＩの順方向降下電圧の温度
による変化量ΔｖＤは−２ｍ Ｖ／ ”Ｃで大体一定で
あるから、圧力センサＰＳからの温度ゼロシフトｆは抵
抗Ｒｘヲ調整して零にする。すなわち１、 ＝ ｊＶＤ
・二・穐 ・・・（６）Ｘ Δ■ 穐 となる。
きに出力が変化しないためＫは、 とすれば良い。ダイオードＤＩの順方向降下電圧の温度
による変化量ΔｖＤは−２ｍ Ｖ／ ”Ｃで大体一定で
あるから、圧力センサＰＳからの温度ゼロシフトｆは抵
抗Ｒｘヲ調整して零にする。すなわち１、 ＝ ｊＶＤ
・二・穐 ・・・（６）Ｘ Δ■ 穐 となる。
〈発明の解決しようとする問題点〉
しかしながら、この様な圧力変換器はゼロ点に対しては
温度補償がなされるが、スパンに対しては温度補償がな
されていない。また、圧力センサからの温度ゼロシフト
は正のものも負のものもあるが、この圧力変換器では負
の方向しか温度補償されない欠点がある。
温度補償がなされるが、スパンに対しては温度補償がな
されていない。また、圧力センサからの温度ゼロシフト
は正のものも負のものもあるが、この圧力変換器では負
の方向しか温度補償されない欠点がある。
更忙、基準温度ｔ６でゼロ調整を行い、次に基準温度ｔ
１において抵抗Ｒｘで調整を行なうとゼロ点の変動を来
たし、再度ゼロ調整を行う必要がある。
１において抵抗Ｒｘで調整を行なうとゼロ点の変動を来
たし、再度ゼロ調整を行う必要がある。
この後、確認のため基準温度ｔ１にするなど周囲温度を
何回も変更しなければならない面倒がある。
何回も変更しなければならない面倒がある。
く問題点を解決するための手段〉
この発明は、以上の問題点を解決するため、半導体ダイ
ヤフラムの起歪部く形成された剪断形ゲージと、この剪
断形ゲージの電源端に駆動電圧を印加する駆動回路と、
剪断形ゲージの出方端からの印加圧力に対応した出力電
圧を増幅する増幅手段と、基準温度と周囲温度との差圧
関連し基準温度ではゼロとなる温度信号を発生する温度
信号発生回路とを具備し、この温度信号により増幅手段
を制御して温度ゼロシフトを補償するとともに駆動回路
を制御して温度スパンシフトをも補償するように構成し
たものである 〈実施例〉 以下、本発明の実施例について図面に基づき説明する。
ヤフラムの起歪部く形成された剪断形ゲージと、この剪
断形ゲージの電源端に駆動電圧を印加する駆動回路と、
剪断形ゲージの出方端からの印加圧力に対応した出力電
圧を増幅する増幅手段と、基準温度と周囲温度との差圧
関連し基準温度ではゼロとなる温度信号を発生する温度
信号発生回路とを具備し、この温度信号により増幅手段
を制御して温度ゼロシフトを補償するとともに駆動回路
を制御して温度スパンシフトをも補償するように構成し
たものである 〈実施例〉 以下、本発明の実施例について図面に基づき説明する。
Ｗｉ２図は本発明に係る圧力センナ部の構成を示す構成
図である。
図である。
第２図（イ）は圧力センナ部の平面図、（ロ）は圧力セ
ンナ部の横断面図を示す。１０はｎ形のシリコン単結晶
で作られたダイヤフラムであり凹部１１を有し更に凹部
１１の形成により単結晶の厚さを薄くした起歪部１２と
その周辺の固定部１３とを有している。
ンナ部の横断面図を示す。１０はｎ形のシリコン単結晶
で作られたダイヤフラムであり凹部１１を有し更に凹部
１１の形成により単結晶の厚さを薄くした起歪部１２と
その周辺の固定部１３とを有している。
固定部１３は連通孔１４ｔ−有する基板１５にガラス薄
膜１６を介して陽極接合等により固定されている。
膜１６を介して陽極接合等により固定されている。
起歪部１２は（１００）面とされその上にはその中心を
通る結晶軸＜００１＞方向で起歪部１２と固定部１３と
の境界附近に剪断形ゲージ１７が不純物の拡散により伝
導形がＰ形として形成されている。
通る結晶軸＜００１＞方向で起歪部１２と固定部１３と
の境界附近に剪断形ゲージ１７が不純物の拡散により伝
導形がＰ形として形成されている。
第２図（ハ）Ｋ剪断形ゲージ１７の構成を拡大して示す
。図に示す剪断形ゲージはゲージ長ｔでゲージ幅がωで
あり、この剪断形ゲージの長さ方向に電源端１８．１９
が形成されここに電圧が印加される。
。図に示す剪断形ゲージはゲージ長ｔでゲージ幅がωで
あり、この剪断形ゲージの長さ方向に電源端１８．１９
が形成されここに電圧が印加される。
印加圧力Ｐがダイヤフラム１０に与えられると、これに
よって生じた剪断応力τ、に対応した電圧がゲージ長ｔ
のほぼ中央に形成された出力端２０．２１に得られる。
よって生じた剪断応力τ、に対応した電圧がゲージ長ｔ
のほぼ中央に形成された出力端２０．２１に得られる。
しかし、電源端１８と１９間の抵抗は印加圧力ＰｉＣよ
り変化を受けない。
り変化を受けない。
第１図は第２図に示す圧力センナを用いて圧力を電圧に
変換する変換部２２の構成を示す回路図である。
変換する変換部２２の構成を示す回路図である。
図において、剪断形ゲージ１７の電源端１８．１９は増
幅器Ｑ５の出力端と共通電位点ＣＯＭとの間に直列に接
続されている。増幅器Ｑｓの出力端と反転入力端（→と
の間には抵抗ＲＩＯが接続されると共に反転入力端（→
には抵抗Ｒ１１ｋ介して負電圧−■が印加されている。
幅器Ｑ５の出力端と共通電位点ＣＯＭとの間に直列に接
続されている。増幅器Ｑｓの出力端と反転入力端（→と
の間には抵抗ＲＩＯが接続されると共に反転入力端（→
には抵抗Ｒ１１ｋ介して負電圧−■が印加されている。
非反転入力端（＋）は共通電位点ＣＯＭに接続されてい
る。以上の構成で駆動回路をなし増幅器Ｑ５の出力端に
駆動電圧Ｅ、を得ている。
る。以上の構成で駆動回路をなし増幅器Ｑ５の出力端に
駆動電圧Ｅ、を得ている。
剪断形ゲージ１７の出力端２０．２１は差動増幅器を構
成する増幅器Ｑ６の入力端に接続され、出力電圧ｖｌｌ
ｔ差動増幅器に与えている。増幅器Ｑ６の非反転入力端
（＋）は出力端２０と共通電位点ＣＯＭとの間に直列に
接続された抵抗Ｒ１２，Ｒ１３の分圧点に接続されてい
る。一方、反転入力ｙａ＜→は抵抗ＲＩ４を介して出力
端２１に接続されると共に増幅器Ｑ６の出力端と抵抗’
Ｒｔｓを介して接続されている。増幅器Ｑ７の反転入力
端Ｈは増幅器Ｑ６の出力端と抵抗Ｒ１６を介して接続さ
れると共に増幅器Ｑ７の出力端と抵抗Ｒ１？を介して接
続されている。その非反転入力端（＋）は共通電位点Ｃ
ＯＭに接続されている。更に、増幅器Ｑ８の反転入力端
（→は増幅器Ｑ７の出力端と抵抗ＲＩ８を介して接続さ
れると共に増幅器Ｑ８の出力端２３と可変抵抗１１９を
介して接続されている。増幅器Ｑ８の非反転入力端（＋
）は共通電位点ＣＯＭに接続されている。可変抵抗Ｒ１
Ｇの抵抗値を変えることによりスパンを変更する。
成する増幅器Ｑ６の入力端に接続され、出力電圧ｖｌｌ
ｔ差動増幅器に与えている。増幅器Ｑ６の非反転入力端
（＋）は出力端２０と共通電位点ＣＯＭとの間に直列に
接続された抵抗Ｒ１２，Ｒ１３の分圧点に接続されてい
る。一方、反転入力ｙａ＜→は抵抗ＲＩ４を介して出力
端２１に接続されると共に増幅器Ｑ６の出力端と抵抗’
Ｒｔｓを介して接続されている。増幅器Ｑ７の反転入力
端Ｈは増幅器Ｑ６の出力端と抵抗Ｒ１６を介して接続さ
れると共に増幅器Ｑ７の出力端と抵抗Ｒ１？を介して接
続されている。その非反転入力端（＋）は共通電位点Ｃ
ＯＭに接続されている。更に、増幅器Ｑ８の反転入力端
（→は増幅器Ｑ７の出力端と抵抗ＲＩ８を介して接続さ
れると共に増幅器Ｑ８の出力端２３と可変抵抗１１９を
介して接続されている。増幅器Ｑ８の非反転入力端（＋
）は共通電位点ＣＯＭに接続されている。可変抵抗Ｒ１
Ｇの抵抗値を変えることによりスパンを変更する。
増幅器Ｑｙ ＋ Ｑｓの各反転入力端（→には抵抗Ｒ２
Ｑと可変抵抗ＵＺｔの直列回路が接続され、抵抗Ｒ２０
と可変抵抗Ｒ２１との接続点は、増幅器Ｑ５の出力端と
接続され駆動電圧Ｅ８が印加されている。可変抵抗Ｒ２
１を調整することによりゼロ点が調整できる。
Ｑと可変抵抗ＵＺｔの直列回路が接続され、抵抗Ｒ２０
と可変抵抗Ｒ２１との接続点は、増幅器Ｑ５の出力端と
接続され駆動電圧Ｅ８が印加されている。可変抵抗Ｒ２
１を調整することによりゼロ点が調整できる。
なお、増幅器Ｑ５ ％ ｃｐｓの各電源端には正負の電
圧＋Ｖ。
圧＋Ｖ。
−Ｖが印加されている。
２４は温度信号発生回路である。正電圧＋Ｖと負電圧−
■が与えられる電源間に可変抵抗Ｒ２ｔ 、 Ｒ２３
とダイオードで構成された温度セッサＴＨが直列に接続
され、可変抵抗Ｒｘｘ 、 Ｒ２３の接続点と増幅器
Ｑｓの反転入力端（→との間には温度スパンシフト補償
調幣用の可変抵抗Ｒ２４が接続されている。更に、増幅
器Ｑ７１Ｑ８０反転入力端の間に抵抗−５と可変抵抗Ｒ
２１１が直列に接続され、抵抗Ｒ２５と可変抵抗Ｒ２６
の接続点は可変抵抗Ｒｕ ＋ Ｒ２３の接続点に接続
されている。可変抵抗Ｒ２Ｂは温度ゼ■シフト補償の調
整用である。
■が与えられる電源間に可変抵抗Ｒ２ｔ 、 Ｒ２３
とダイオードで構成された温度セッサＴＨが直列に接続
され、可変抵抗Ｒｘｘ 、 Ｒ２３の接続点と増幅器
Ｑｓの反転入力端（→との間には温度スパンシフト補償
調幣用の可変抵抗Ｒ２４が接続されている。更に、増幅
器Ｑ７１Ｑ８０反転入力端の間に抵抗−５と可変抵抗Ｒ
２１１が直列に接続され、抵抗Ｒ２５と可変抵抗Ｒ２６
の接続点は可変抵抗Ｒｕ ＋ Ｒ２３の接続点に接続
されている。可変抵抗Ｒ２Ｂは温度ゼ■シフト補償の調
整用である。
次に、以上の様に構成された変換部２２の動作について
説明する。剪断形ゲージ１７の出力電圧ｖ３は、剪断ピ
エゾ抵抗係数をπ、その温度係数をβ、剪断形ゲージ１
７に作用する剪断応力をτ、とすればπτ、（１＋βｔ
）Ｅ、ｉｔ） に比例する（ｔは温度）が、実際には出
力端２０．２１には印加圧力Ｐがゼロのときにもオフセ
ット電圧が発生しこれも加算される。
説明する。剪断形ゲージ１７の出力電圧ｖ３は、剪断ピ
エゾ抵抗係数をπ、その温度係数をβ、剪断形ゲージ１
７に作用する剪断応力をτ、とすればπτ、（１＋βｔ
）Ｅ、ｉｔ） に比例する（ｔは温度）が、実際には出
力端２０．２１には印加圧力Ｐがゼロのときにもオフセ
ット電圧が発生しこれも加算される。
そこで、出力係数をＫｌ （定数）、オフセット係数を
Ｋｚ （ｔ）とすれば、出力電圧Ｖ、は次式で表わされ
る。
Ｋｚ （ｔ）とすれば、出力電圧Ｖ、は次式で表わされ
る。
Ｖ、：に１ｊｒｔ−、（１＋βｔ ） Ｅ、ｔｔ＞ ＋
Ｋ２ｔｔ） Ｅ、（ｔ）−（７）出力電圧Ｖ、を増幅
器Ｑ６で増幅した出力電圧Ｅ１は、Ｒｔｚ ＝ Ｒ１４
％ Ｒｔｓ ＝ ＲＩＳとしてＲ１５・・・（８） Ｅ！＝盲７・ となる。出力電圧ｇｕをさらに増幅器Ｑ７で増幅した出
力電圧Ｅ２は、 Ｅ、： −−！！Ｊ−！−Ｅｌ−！Ｌ！ ｇ、（ｔ）−
’ｊ−ｖ、 −（９１Ｒ１ｓ ）Ｌｚｏ
１２ｇ となる。−ただし、■、は可変抵抗−２，Ｒ２３の接続
点における温度信号電圧である。
Ｋ２ｔｔ） Ｅ、（ｔ）−（７）出力電圧Ｖ、を増幅
器Ｑ６で増幅した出力電圧Ｅ１は、Ｒｔｚ ＝ Ｒ１４
％ Ｒｔｓ ＝ ＲＩＳとしてＲ１５・・・（８） Ｅ！＝盲７・ となる。出力電圧ｇｕをさらに増幅器Ｑ７で増幅した出
力電圧Ｅ２は、 Ｅ、： −−！！Ｊ−！−Ｅｌ−！Ｌ！ ｇ、（ｔ）−
’ｊ−ｖ、 −（９１Ｒ１ｓ ）Ｌｚｏ
１２ｇ となる。−ただし、■、は可変抵抗−２，Ｒ２３の接続
点における温度信号電圧である。
この出力電圧Ｅ２を増幅器Ｑ８で更に増幅した出力電圧
Ｅ３は、 Ｅｌ ： −ｉ Ｅｌ −賠Ｅ、（ｔ）−ｉ Ｖｔ・ｕ
Ｑとなる。（７）〜（９）式をＣ１［１式に代入して、
Ｅ３＝瓦・駈・シ〔Ｋ！πτ８（１＋βｔ）ｇ、（ｔ）
＋ Ｒ２（ｔ） Ｅ、（ｔ） ）Ｒｌｇ Ｒ１６Ｒ１
４ −ｖ鷹 Ｒに七） 十Ｅ ｓ（を働’蔓ルー止め ・・
・Ｑやとなる。
Ｅ３は、 Ｅｌ ： −ｉ Ｅｌ −賠Ｅ、（ｔ）−ｉ Ｖｔ・ｕ
Ｑとなる。（７）〜（９）式をＣ１［１式に代入して、
Ｅ３＝瓦・駈・シ〔Ｋ！πτ８（１＋βｔ）ｇ、（ｔ）
＋ Ｒ２（ｔ） Ｅ、（ｔ） ）Ｒｌｇ Ｒ１６Ｒ１
４ −ｖ鷹 Ｒに七） 十Ｅ ｓ（を働’蔓ルー止め ・・
・Ｑやとなる。
次に、温度信号電圧ｖｔを求める。温度信号電圧Ｖ、は
可変抵抗Ｒ２３での電圧降下と温度上ンサＴＨでのダイ
オード５個の頭方向降下電圧５ｖＤの和に−Ｖを加えた
電圧に等しいので、 Ｖｉ ” Ｒ２３（−イ語−七 ；、、＋ｐ）”ｓ ｖ
Ｄ−ｖ ”’ Ｈの式を得る。これを変形する
と、 となる。また、増幅器Ｑ５の駆動電圧Ｅ、は、ＲＩＱ
ＲＩＯ ’ Ｒ１１Ｒ２４’ ””’とな
る。
可変抵抗Ｒ２３での電圧降下と温度上ンサＴＨでのダイ
オード５個の頭方向降下電圧５ｖＤの和に−Ｖを加えた
電圧に等しいので、 Ｖｉ ” Ｒ２３（−イ語−七 ；、、＋ｐ）”ｓ ｖ
Ｄ−ｖ ”’ Ｈの式を得る。これを変形する
と、 となる。また、増幅器Ｑ５の駆動電圧Ｅ、は、ＲＩＱ
ＲＩＯ ’ Ｒ１１Ｒ２４’ ””’とな
る。
次に、ｖ４１ｉ手順について説明する。先ず、基準温度
１．Ｈの状態において可変抵抗Ｒ２２＊ Ｒ２３を調整
して（至）式の右辺つ″１９温度信号電圧ｖｔをゼロに
する。次に、印加圧力Ｐを零とし、このときはで３＝Ｏ
であるので、６９式は Ｅ３ （Ｐ＝０ ）＝ 〔−！ｊｊ 、 ト・’Ａ Ｒ
２（ｔ（１）、！！ｕ 、シー ”ＩＦ、（ｔｏ）Ｒ１
８Ｒｌｇ ＲＩ４ Ｒ１１１Ｆｔｚｏ Ｒ２１・
・・（至） となる。ここで、００式の右辺は可変抵抗−１を調整し
てゼロにする。
１．Ｈの状態において可変抵抗Ｒ２２＊ Ｒ２３を調整
して（至）式の右辺つ″１９温度信号電圧ｖｔをゼロに
する。次に、印加圧力Ｐを零とし、このときはで３＝Ｏ
であるので、６９式は Ｅ３ （Ｐ＝０ ）＝ 〔−！ｊｊ 、 ト・’Ａ Ｒ
２（ｔ（１）、！！ｕ 、シー ”ＩＦ、（ｔｏ）Ｒ１
８Ｒｌｇ ＲＩ４ Ｒ１１１Ｆｔｚｏ Ｒ２１・
・・（至） となる。ここで、００式の右辺は可変抵抗−１を調整し
てゼロにする。
次に、基準温度ｔ６から規定温度ｔｌに変えると（９）
式のオフセット係数Ｋｇ（ｔｌと駆動電圧Ｅ、（ｔ）が
変化して（至）式の第１項によりゼロ出力Ｅ３ （Ｐ＝
０３が生ずる。
式のオフセット係数Ｋｇ（ｔｌと駆動電圧Ｅ、（ｔ）が
変化して（至）式の第１項によりゼロ出力Ｅ３ （Ｐ＝
０３が生ずる。
そこで、温度ゼロ調整用の可変抵抗Ｒｉｇ ｆ：調整し
て６９式のｖｔの係数をゼロにしてαう式の右辺をゼロ
にする。
て６９式のｖｔの係数をゼロにしてαう式の右辺をゼロ
にする。
以上のゼロ調整の後は、規定温度ｔｌから基準温度ｔ６
の状態に戻しても、可変抵抗Ｒ２ｇを変えてはいるが、
基準温度ｔ６で温度信号電圧Ｖ、をゼロに調整しである
ので（ロ）式の右辺はゼロとなり、印加圧力Ｐがゼロで
あれば基準温度ｔ６と規定温度ｔ！の間では常にＥ３＝
０となる。これ等の調整の後は（ロ）式％式％ 次にスパンの設定について説明する。先ず、基準温度１
．）で印加圧力Ｐｔ”１００％にしてダイヤフラムに印
加し、スパン設定用の可変抵抗ＲＩ９により出力電圧Ｅ
３が１００％を示す様に調整する。以上の操作により基
準温度１．）でのスパン設定ができる。
の状態に戻しても、可変抵抗Ｒ２ｇを変えてはいるが、
基準温度ｔ６で温度信号電圧Ｖ、をゼロに調整しである
ので（ロ）式の右辺はゼロとなり、印加圧力Ｐがゼロで
あれば基準温度ｔ６と規定温度ｔ！の間では常にＥ３＝
０となる。これ等の調整の後は（ロ）式％式％ 次にスパンの設定について説明する。先ず、基準温度１
．）で印加圧力Ｐｔ”１００％にしてダイヤフラムに印
加し、スパン設定用の可変抵抗ＲＩ９により出力電圧Ｅ
３が１００％を示す様に調整する。以上の操作により基
準温度１．）でのスパン設定ができる。
この操作により可変抵抗ＲＩ９の抵抗値が変更されるが
、ＱＩＩ式にはゼロ出力項がないのでゼロ点には影響を
与えない。また、駆動電圧ＥＳはα４式で与えられるが
、基準温度１ｏではＶｔ＝Ｑに調整されているので、 。＝−馳Ｖ １１．αη’ Ｒ
１１ となっている。しかし、基準温度ｔｏから規定温度ｔ１
まで温度が上昇すると、温度係数βの存在により出力電
圧Ｅ３ （ＱＱ式）が減少するが、同時にり４式で示す
温度信号電圧Ｖ、が生じ駆動電圧Ｅ８を上げ補償する。
、ＱＩＩ式にはゼロ出力項がないのでゼロ点には影響を
与えない。また、駆動電圧ＥＳはα４式で与えられるが
、基準温度１ｏではＶｔ＝Ｑに調整されているので、 。＝−馳Ｖ １１．αη’ Ｒ
１１ となっている。しかし、基準温度ｔｏから規定温度ｔ１
まで温度が上昇すると、温度係数βの存在により出力電
圧Ｅ３ （ＱＱ式）が減少するが、同時にり４式で示す
温度信号電圧Ｖ、が生じ駆動電圧Ｅ８を上げ補償する。
その補償の程度は温度スパン補正用の可変抵抗Ｒ２４を
調整することＫより実行でき、結局スパン誤差を除去で
きる。可変抵抗Ｒ２４を変化させた状態で基準温度ｔ６
に戻しても、基準温度１．）ではＶ、＝Ｑであるので（
ロ）式が成立し、（至）式よりゼロ点への影響はない。
調整することＫより実行でき、結局スパン誤差を除去で
きる。可変抵抗Ｒ２４を変化させた状態で基準温度ｔ６
に戻しても、基準温度１．）ではＶ、＝Ｑであるので（
ロ）式が成立し、（至）式よりゼロ点への影響はない。
以上説明した様に温度ゼロシフト、温度スパン７７トの
補正は相互干渉なく個別にしかも容易に調整でき、かつ
基準温度と規定温度の２点の温度を一度設定するだけで
調整が完了する。すなわち、ゼロ調整を剪断形ゲージの
駆動電圧に比例した電圧を加減することにより行い、温
度スパンシフトの補正を剪断形ゲージの駆動電圧に補償
信号を加算する構成としているので、温度スパンシフト
の補正を行なってもゼロ点への影ｌ＃を与えない。また
、基準温度ｔ６と規定温度ｔｌの絶対値も知る必要もな
く、調整時間の間一定であれば良いので、補償量を正確
に調整できる。
補正は相互干渉なく個別にしかも容易に調整でき、かつ
基準温度と規定温度の２点の温度を一度設定するだけで
調整が完了する。すなわち、ゼロ調整を剪断形ゲージの
駆動電圧に比例した電圧を加減することにより行い、温
度スパンシフトの補正を剪断形ゲージの駆動電圧に補償
信号を加算する構成としているので、温度スパンシフト
の補正を行なってもゼロ点への影ｌ＃を与えない。また
、基準温度ｔ６と規定温度ｔｌの絶対値も知る必要もな
く、調整時間の間一定であれば良いので、補償量を正確
に調整できる。
第３図は第１図に示す変換部２２ｔ−用いて２線式の圧
力変換器を構成した場合の回路図である。
力変換器を構成した場合の回路図である。
電源２５は負荷２６を介して２線式の伝送路ｔ１．ｔ。
に接続されている。伝送路１１ 、 ｔ２の他端にはダ
イオードＤ２ 、定電流回路ＣＣ，ツェナダイオードＤ
よ、温度補償用のダイオードＤ３、帰還抵抗Ｒ，が直列
に接続され、更に定電流回路ＣＣはトランジスタＱ９の
コレクタ・ペース間に接続されて、ダイオードＤ３と帰
還抵抗Ｒｆとの接続点とトランジスタＱ９のエミッタと
の間に定電圧を得ている。この定電圧は抵抗Ｒ２？ 、
ｋｓで分圧されボルテージフォロワとして構成され
た増幅器Ｑ１゜の出力端を共通電位点ＣＯＭに接続して
、共通電位点ＣＯＭに対して正・負の電圧＋Ｖ、−Ｖと
される。正・負の電圧＋Ｖ、 −Ｖは変換部２２の電源
とされると共に増幅器Ｑ１゜＊ ＱＨの電源ともなる
。
イオードＤ２ 、定電流回路ＣＣ，ツェナダイオードＤ
よ、温度補償用のダイオードＤ３、帰還抵抗Ｒ，が直列
に接続され、更に定電流回路ＣＣはトランジスタＱ９の
コレクタ・ペース間に接続されて、ダイオードＤ３と帰
還抵抗Ｒｆとの接続点とトランジスタＱ９のエミッタと
の間に定電圧を得ている。この定電圧は抵抗Ｒ２？ 、
ｋｓで分圧されボルテージフォロワとして構成され
た増幅器Ｑ１゜の出力端を共通電位点ＣＯＭに接続して
、共通電位点ＣＯＭに対して正・負の電圧＋Ｖ、−Ｖと
される。正・負の電圧＋Ｖ、 −Ｖは変換部２２の電源
とされると共に増幅器Ｑ１゜＊ ＱＨの電源ともなる
。
増幅器Ｑｌｌの非反転入力端（＋）は変換部２２の出力
端２３と抵抗Ｒ２９でそれぞれ接続され、更に帰還抵抗
Ｒ４の一端と抵抗Ｒ３０でそれぞれ接続され、出力端２
３の出力電圧Ｅ３、電圧−Ｖおよび帰還抵抗Ｒｆの両端
の電圧を抵抗Ｒ２９１Ｒ３０および帰還抵抗Ｒ，で分圧
した電圧が印加されている。
端２３と抵抗Ｒ２９でそれぞれ接続され、更に帰還抵抗
Ｒ４の一端と抵抗Ｒ３０でそれぞれ接続され、出力端２
３の出力電圧Ｅ３、電圧−Ｖおよび帰還抵抗Ｒｆの両端
の電圧を抵抗Ｒ２９１Ｒ３０および帰還抵抗Ｒ，で分圧
した電圧が印加されている。
増幅器Ｑｌｌの反転入力端（→は抵抗Ｒ３１と可変抵抗
Ｒ３２の直列回路を介して共通電位点ＣＯＭ Ｋ接続さ
れている。抵抗Ｒ３１の両端はそれぞれ抵抗−２゜Ｒ３
ｓ ｔ”介して−Ｖ電圧が印加されている。このため増
幅器Ｑｌｌの反転入力端（→には電圧−■を抵抗Ｒ３１
〜Ｒ３３で分圧した電圧が印加される。増幅器Ｑ１１の
出力は抵抗Ｒ３４を介して出力トランジスタＱ１２ノヘ
ースに印加される。出力トランジスタＱＩ２のコレクタ
はダイオードＤ２０カソードに、エミッタはダイオード
群Ｄ４、抵抗Ｒａｓの直列回路を介して帰還抵抗Ｒ７の
他端に接続されている。
Ｒ３２の直列回路を介して共通電位点ＣＯＭ Ｋ接続さ
れている。抵抗Ｒ３１の両端はそれぞれ抵抗−２゜Ｒ３
ｓ ｔ”介して−Ｖ電圧が印加されている。このため増
幅器Ｑｌｌの反転入力端（→には電圧−■を抵抗Ｒ３１
〜Ｒ３３で分圧した電圧が印加される。増幅器Ｑ１１の
出力は抵抗Ｒ３４を介して出力トランジスタＱ１２ノヘ
ースに印加される。出力トランジスタＱＩ２のコレクタ
はダイオードＤ２０カソードに、エミッタはダイオード
群Ｄ４、抵抗Ｒａｓの直列回路を介して帰還抵抗Ｒ７の
他端に接続されている。
以上の構成により変換部２２の出力電圧Ｅ３はｚｌＩｓ
式の伝送路１１ ＊ ｔ２ ＪＣＩ流出力に変換されて
負荷２６に供給される。可変抵抗ｎｓｚの抵抗値を調整
することＫより変換部２２の出力電圧Ｅ３がゼロのとき
の電流出力Ｃ４ｍＡ）をＩ！ｌｌ帯することができる。
式の伝送路１１ ＊ ｔ２ ＪＣＩ流出力に変換されて
負荷２６に供給される。可変抵抗ｎｓｚの抵抗値を調整
することＫより変換部２２の出力電圧Ｅ３がゼロのとき
の電流出力Ｃ４ｍＡ）をＩ！ｌｌ帯することができる。
第４図は温度センナとその関連部分の各種の実施例を示
したものである。第４図（イ）〜（ハ）は温度信号電圧
当を取シ出すのにトランジスタのペース・エミッタ間の
温度特性を利用したものであり、ヒ）社トランジスタＱ
１３のペース・コレクタ間に挿入された可変抵抗Ｒｓｓ
ｔ″調整てコレクタよシ温度信号電圧ｖｔを取り出す
ものであり、（ロ）はトランジスタＱ１４のペース・コ
レクタ間の可変抵抗Ｒｓｓを調整してエミッタより温度
信号電圧ｖ、ｆ：取り出す例をそれぞれ示している。（
ハ）は一定電圧ＥＴが印加された増幅器Ｑｓｓの帰還回
路に挿入されたトランジスタＱ１７のペース・エミッタ
間の温度特性を利用したものであり、増幅器Ｑ１５の出
力電圧を増幅器ＱＣｓに入力して増幅し増幅器Ｑｔｓ
＋ Ｑｌｇの各出力端に挿入した可変抵抗Ｒ３７によ
り正負に調整可能な温度信号電圧ｖｔを可変抵抗Ｒ３７
の中点より得る様にしたものである。に）はサーミスタ
ＲＴの温度特性を利用してサーミスタに直列に接続され
た可変抵抗Ｒ３Ｍを可変してこれ等の接続点より温度信
号電圧Ｖ、を得る様にしたものである。（ホ）は調整抵
抗を変化させたときｖｔが全く変らないようパッファア
ングＱＩ８ｔ−加えさらに、基準温度ｔ（１で■、＝０
を調整するのにＣＯＭの電位を変化させるものである。
したものである。第４図（イ）〜（ハ）は温度信号電圧
当を取シ出すのにトランジスタのペース・エミッタ間の
温度特性を利用したものであり、ヒ）社トランジスタＱ
１３のペース・コレクタ間に挿入された可変抵抗Ｒｓｓ
ｔ″調整てコレクタよシ温度信号電圧ｖｔを取り出す
ものであり、（ロ）はトランジスタＱ１４のペース・コ
レクタ間の可変抵抗Ｒｓｓを調整してエミッタより温度
信号電圧ｖ、ｆ：取り出す例をそれぞれ示している。（
ハ）は一定電圧ＥＴが印加された増幅器Ｑｓｓの帰還回
路に挿入されたトランジスタＱ１７のペース・エミッタ
間の温度特性を利用したものであり、増幅器Ｑ１５の出
力電圧を増幅器ＱＣｓに入力して増幅し増幅器Ｑｔｓ
＋ Ｑｌｇの各出力端に挿入した可変抵抗Ｒ３７によ
り正負に調整可能な温度信号電圧ｖｔを可変抵抗Ｒ３７
の中点より得る様にしたものである。に）はサーミスタ
ＲＴの温度特性を利用してサーミスタに直列に接続され
た可変抵抗Ｒ３Ｍを可変してこれ等の接続点より温度信
号電圧Ｖ、を得る様にしたものである。（ホ）は調整抵
抗を変化させたときｖｔが全く変らないようパッファア
ングＱＩ８ｔ−加えさらに、基準温度ｔ（１で■、＝０
を調整するのにＣＯＭの電位を変化させるものである。
なおセンナ部分はダイヤフラム１０をｎ形のシリコン単
結晶とし、この上に伝導形がＰ形の不純物を拡散してゲ
ージを作る例をとり説明したが、これ等と逆の伝導形式
のものとして屯良く、マた拡散法でなく例えばイオン注
入法でゲージを形成しても良い。更に、ダイヤフラムは
円形を例にとシ説明したが、角形でも良い。
結晶とし、この上に伝導形がＰ形の不純物を拡散してゲ
ージを作る例をとり説明したが、これ等と逆の伝導形式
のものとして屯良く、マた拡散法でなく例えばイオン注
入法でゲージを形成しても良い。更に、ダイヤフラムは
円形を例にとシ説明したが、角形でも良い。
第１図に示す変換部２２は図の上では各素子がデスクリ
ートな構成として示しであるが、これ等は例えば第２図
に示すダイヤフラム１０の固定部１３のシリコン単結晶
の上にＩＣ技術で１体く作製することができる。
ートな構成として示しであるが、これ等は例えば第２図
に示すダイヤフラム１０の固定部１３のシリコン単結晶
の上にＩＣ技術で１体く作製することができる。
〈発明の効果〉
以上、実施例と共に具体的に説明した様に本発明によれ
ば出力が晧のときにスバ／調整抵抗に電流が流れない様
にしであるので、スパン調整量がゼロ調整量に干渉せず
、更に基準温度から規定温度までの温度変化による温度
ゼロシフトと温度スパンシフトを基準温度でゼロとなる
温度電圧により補償するので、基準温度でのゼロ調整量
とスバン調整量に干渉しない。
ば出力が晧のときにスバ／調整抵抗に電流が流れない様
にしであるので、スパン調整量がゼロ調整量に干渉せず
、更に基準温度から規定温度までの温度変化による温度
ゼロシフトと温度スパンシフトを基準温度でゼロとなる
温度電圧により補償するので、基準温度でのゼロ調整量
とスバン調整量に干渉しない。
また、２点の温度を与えるだけで温度の絶対値を知らな
くてもゼロ点もスパンも共に相互干渉なく個別に調整で
き、更に剪断形ゲージを使用している結果、従来の如く
複数個の通常形ゲージを用いるものに比べてゲージの配
置場所に起因するゲージ抵抗値の温度によるバラツキが
少なく高精度高安定な圧力変換器が安価に製作できる。
くてもゼロ点もスパンも共に相互干渉なく個別に調整で
き、更に剪断形ゲージを使用している結果、従来の如く
複数個の通常形ゲージを用いるものに比べてゲージの配
置場所に起因するゲージ抵抗値の温度によるバラツキが
少なく高精度高安定な圧力変換器が安価に製作できる。
第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は第１
図に示すセンナ部の構成を示す構成図、第３図は第１図
に示す変換部を用いて２線式の圧力変換器を構成した場
合の回路図、第４図は第１図に示す温度センナとその関
連部分の各種の実施例を示した回路図、第５図は従来の
半導体圧力変換器の構成を示す回路図である。 １０・・・ダイヤフラム、１７・・・剪断形ゲージ、２
２・・・変換部、２４・・・温度補償回路、ＰＳ・・・
圧力センサ、ｖｔ・・・温度信号電圧、Ｅ、・・・駆動
電圧、ｖ、・・・出力電圧、ＴＨ・・・温度センサ、Ｃ
Ｃ・・・定電流回路、Ｐ・・・印加圧力。 第５図
図に示すセンナ部の構成を示す構成図、第３図は第１図
に示す変換部を用いて２線式の圧力変換器を構成した場
合の回路図、第４図は第１図に示す温度センナとその関
連部分の各種の実施例を示した回路図、第５図は従来の
半導体圧力変換器の構成を示す回路図である。 １０・・・ダイヤフラム、１７・・・剪断形ゲージ、２
２・・・変換部、２４・・・温度補償回路、ＰＳ・・・
圧力センサ、ｖｔ・・・温度信号電圧、Ｅ、・・・駆動
電圧、ｖ、・・・出力電圧、ＴＨ・・・温度センサ、Ｃ
Ｃ・・・定電流回路、Ｐ・・・印加圧力。 第５図
Claims (1)
- 半導体ダイヤフラムの起歪部に形成された剪断形ゲージ
と、前記剪断形ゲージの電源端に駆動電圧を印加する駆
動回路と、前記剪断形ゲージの出力端からの印加圧力に
対応した出力電圧を増幅する増幅手段と、基準温度と周
囲温度との差に関連し前記基準温度ではゼロとなる温度
信号を発生する温度信号発生回路とを具備し、前記温度
信号により前記増幅手段を制御して温度ゼロシフトを補
償するとともに前記駆動回路を制御して温度スパンシフ
トをも補償することを特徴とした半導体圧力変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5774985A JPS61215936A (ja) | 1985-03-22 | 1985-03-22 | 半導体圧力変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5774985A JPS61215936A (ja) | 1985-03-22 | 1985-03-22 | 半導体圧力変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61215936A true JPS61215936A (ja) | 1986-09-25 |
| JPH0445061B2 JPH0445061B2 (ja) | 1992-07-23 |
Family
ID=13064539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5774985A Granted JPS61215936A (ja) | 1985-03-22 | 1985-03-22 | 半導体圧力変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61215936A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009121934A (ja) * | 2007-11-14 | 2009-06-04 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 温度補正装置及び温度補正方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5574412A (en) * | 1978-11-30 | 1980-06-05 | Toshiba Corp | Pressure transducer |
| JPS5663227A (en) * | 1979-10-30 | 1981-05-29 | Toshiba Corp | Pressure detecting device |
| JPS5862533A (ja) * | 1981-09-18 | 1983-04-14 | ドワイア−・インストウルメンツ・インコ−ポレ−テツド | 圧力計 |
| JPS58140604A (ja) * | 1982-02-17 | 1983-08-20 | Hitachi Ltd | 温度補償回路付き集積化センサ |
| JPS59122923A (ja) * | 1982-12-28 | 1984-07-16 | Toshiba Corp | 圧力伝送器 |
-
1985
- 1985-03-22 JP JP5774985A patent/JPS61215936A/ja active Granted
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5574412A (en) * | 1978-11-30 | 1980-06-05 | Toshiba Corp | Pressure transducer |
| JPS5663227A (en) * | 1979-10-30 | 1981-05-29 | Toshiba Corp | Pressure detecting device |
| JPS5862533A (ja) * | 1981-09-18 | 1983-04-14 | ドワイア−・インストウルメンツ・インコ−ポレ−テツド | 圧力計 |
| JPS58140604A (ja) * | 1982-02-17 | 1983-08-20 | Hitachi Ltd | 温度補償回路付き集積化センサ |
| JPS59122923A (ja) * | 1982-12-28 | 1984-07-16 | Toshiba Corp | 圧力伝送器 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009121934A (ja) * | 2007-11-14 | 2009-06-04 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 温度補正装置及び温度補正方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0445061B2 (ja) | 1992-07-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |