JPS6122223A - 歪センサ - Google Patents

歪センサ

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JPS6122223A
JPS6122223A JP14384384A JP14384384A JPS6122223A JP S6122223 A JPS6122223 A JP S6122223A JP 14384384 A JP14384384 A JP 14384384A JP 14384384 A JP14384384 A JP 14384384A JP S6122223 A JPS6122223 A JP S6122223A
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JP
Japan
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resistor
strain
bridge
diaphragm
sensitive
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JP14384384A
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JPH0542613B2 (ja
Inventor
Masahiro Kume
昌宏 粂
Koji Takada
高田 晧司
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2268Arrangements for correcting or for compensating unwanted effects
    • G01L1/2281Arrangements for correcting or for compensating unwanted effects for temperature variations

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

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】 発明の分野 この発明は液体などの圧力をダイヤフラムで受はダイヤ
フラム上に設定された感歪抵抗体により歪を電気信号に
変換して取り出す形式の歪センサに関する。
先行技術の説明 従来より液体などの圧力を測定する圧力センサhとして
ダイヤフラムで圧力を受け、ダイヤフラム上に形成した
感歪抵抗体により歪を電気抵抗の変化として取り出す圧
力センサが広く使用されている。感歪抵抗体には金属ゲ
ージや半導体ゲージの他、シリコン半導体をダイヤフラ
ムとし、ダイヤフラム上に拡散抵抗層を形成せしめたも
のなどが今 ある。感歪抵抗体がシリコン質どの半導体の場合には特
に抵抗やゲージ率が使用温度の影響を強く受けるので温
度に対する補償をより厳密にすることが必要であるが、
金属ゲージ式に較ベゲージ率が10倍以上と感度が優れ
るという利点がある。
第11図は従来の圧力上ンサーの1例を示したもので、
半導体ゲージをダイヤフラム上に粘着した要部の断面図
である。感歪抵抗体3,5はダイヤろ フラム上に形成されている。4.@は感歪抵抗体、両端
の電極部をそれぞれ示している。
感歪抵抗体は温度補償をとるため、通常第12図の如く
ブリッジ回路接続して使用される。第12図において1
1.12は感歪抵抗、18.14は金属抵抗、20は定
電圧電源部を示している。電〉20はブリッジ端a、C
に接続され、ブリッジ゛電圧出力はす、dより得られる
訊、感歪抵抗の抵抗温度特性に差がある場合には矛、/
′ 例えば第13図の如くブリッジ構成する抵抗体部11.
14に金属抵抗15.16を並列接続する方法などによ
り、ブリッジ出力電圧す、d間の電圧零点の温度による
変動を補償するとか知られている。−力出力感度は感歪
抵抗のゲージ率に比例するが、ゲージ率が周囲温度の影
響を受けるので使用温度に対する補償が必要であり、例
えば第14図の如く、サーミスター素子15に金属抵抗
16゜17を直・並列に接続したものをブリッジに直列
に外付けして加え、これを定電圧電源20に接続述の方
法では外付けするサーミスター素子の抵抗温度特性が目
標とする感歪抵抗体の抵抗温度特性と相違するため、例
えば−40°C〜+120℃などの如く、巾広い使用温
度域ではサーミスター素子ののが得られず、七ンサ全体
の形状が大きくなるなどの欠点を有していた。
発明の目的 それゆえ、本発明の目的は上述の内容に鑑み、感歪半導
体抵抗体で構成されるブリッジ出力電圧の零点変動を最
小限に保ったま\で、出力感度の温度補償を容易とする
小型の歪センサを提供することである。
発明の構成 本発明は感歪半導体抵抗がダイヤフラム上にブリッジ回
路接続され、ブリッジ出力電圧零点が温度補償された歪
センサにおいて、ダイヤフラム上の歪を受ける部分に感
歪抵抗体と同一材料からなる抵抗を形成し、これをブリ
ッジ出力感度の温度補償抵抗体として、ブリッジ入力両
端部と直列に接続せしめ、該ブリッジ回路がV4ブリッ
ジ又はハ)に並列もしくは直列に微調整用の金属抵抗を
接続し、該ブリッジ回路がフルブリッジ回路の場合には
、ブリッジ入力両端に金属抵抗を接続し、かつ、ブリッ
ジ入力両端に並列に、又はブリッジ出力感度の温度補償
抵抗体に並列もしくは直列に微調整用の金属抵抗体を接
続してなることを特徴とするものでブリッジ出力電圧の
零点変動を最小限に保ったま−で出力感度の温度補償を
容易とする小型の歪センサを提供する。
=5− 実施例 第1図は本発明の歪センサの実施例で要部の断面図を示
している。第1図において1はステンレスなどの金属ダ
イヤフラム、2は樹脂や七ラミック、ガラスなどからな
る電気絶縁層、8,5.7は該絶縁層上に形成されたシ
リコン、ゲルマニウムなどの薄膜感歪半導体抵抗体を示
す。感歪抵抗体3.5はダイヤフラム1に生ずる歪を受
ける歪センサ部で、歪による電気抵抗変化友抵抗体3.
5の両端電極4,6より取り出す。抵抗体7はダイヤフ
ラム1の歪を受けない部分に形成されたブリ゛ツジ出力
感度補償抵抗体部を示す。
抵抗体8.5.7は同一ダイヤフラム上に同一半導□体
材料で薄膜状に形成されており、小型化が容易であると
共に感歪抵抗体と、出力感度補償抵抗体   ゛の抵抗
温度特性を極めて容易に接近せしめることが可能である
第2図〜第5図は第1図におけるハーフブリッジ6一 回路の具体的接続例を示したもので、21.22は感歪
半導体抵抗723,24,26,27.28は金属抵抗
、25は該感歪半導体抵抗と同−材料からなる出力感度
補償抵抗、20は定電圧電源部をそれぞれ示している。
同第2図〜第5図において、ブリッジ電圧出力零点の温
度補償用の金属抵抗接続部分は図より省略しているが、
b、d間のブリッジ出力電圧の零点温度補償は充分とれ
ているもの)ブリ・ジ出力零点補正後の感歪半導体抵抗
両端部(ab及びbe)の抵抗温度係数をα、出力感度
補償抵抗の抵抗温度係数をα′としたときα−α′の場
合には第2図を使用する。今入力圧力をP1周囲温度を
+r、室温をTo、y−T−Toとし、第2図において
21,22.2B、24.25の抵抗をそれぞれR1(
1−σy)(1−β(1−γy ) p )、R2(1
−αy)(1+〆1−γy)p)。
R2、R1,R8(] −αy ) (β、γは定数)
定電圧電源2゜の電圧をE、ac間の電圧をE’、 b
d間の電圧をVとすればVは近似的に次式で示される。
度に無関係にすることが出来る。
′″接続例を示す。
性を出力感度補償抵抗の抵抗温度特性と同一にするため
に付加せしめた微調整用の金属抵抗でこれによりブリッ
ジ出力零点変動を最小限に抑制する。
α′〉αの場合には、第3図又は第4図を使用する。
この場合、抵抗体26.27の抵抗をR26,R27と
すると、R26>R8、R27< Rsに設定すること
が必要である。又α′〈αの場合には第5図を使用する
。この場合、抵抗体28の抵抗をR2Bブリッジ入力端
間の合成抵抗をR2とするとR28)R2に設定するこ
とが必要である。上記はいずれもハーフブリッジの例を
示したが’/4ブリッジの場合についても同様の考え方
で行うことができる。かくして感歪半導体抵抗体で構成
されるブリッジ出力電圧の零点変動を最小限に保ったま
−で出力感度の温度補償を容易にとることができる。第
6図は本発明の歪抗体を示す。感歪抵抗体3.5.7.
9 はダイヤフロ、8.10より取り出す。抵抗体11
はダイヤフラムlの歪を受けない部分に形成されたブリ
ッジ出力感度補償抵抗体部を示す。抵抗体3 、5.7
゜9.11は同一ダイヤグラム上に同一半導体材料で薄
膜状に形成されており、小型化が容易であると共に感歪
抵抗体と出力感度補償抵抗体の抵抗温度特性を極めて容
易に接近せしめることが可能である。又感歪抵抗体と出
方感度補償抵抗体の抵抗温9一 度特性の僅かの相違は簡便な方法により補正される。
第7図〜第10図は第6図におけるフルブリッジ回路の
接続例を示したもので、81.82.33゜34は感歪
半導体抵抗、25は該感歪半導体抵抗と同一材料からな
る出力感歪補償抵抗、Wは定電圧電源部を示している。
又、35.36.87.38は金属抵抗を示している。
第7図〜第10図において、ブリッジ電圧出力零点の温
度補償用の金属抵抗接続部分は図より省略しているが、
b、 d  量体化され、同一周囲温度で使用される部
分を示している。抵抗35はブリッジ入山両端部aC間
の合成抵抗の抵抗温度係数を低減せしめブリッジ出力零
点補正後の回路が出力感度補償抵抗25により感度補正
度とする上で必要なものである。
今ブリッジ出力零点補正後の感歪半導体抵抗両端部(a
b、bc、cd、da)の抵抗温度係数をα7出力感度
補償抵抗の抵抗温度係数をα′としたときα−α′の場
合には第7図を使用する。
第8図〜第10図はαNα′の場合のブリッジ回路の接
続例を示す。抵抗36,87.38はブリッジ出力零点
補償後の感歪半導体抵抗両端部(ab、 be。
cd、 da )の抵抗温度特性を出力感度補償抵抗の
とR36> R8,R37< R8に設定することが必
要であ/ρ る。又α′くαの場合には第を図を使用する。この場合
、抵抗体38の抵抗をR38、ブリッジ入力端間の合成
抵抗をR2,R2とR35の並列合成抵抗をR2Iとす
れば、R3B >R2’に設定することが必要である。
かくして第7図〜第10図の場合も第1図の場合と同様
感歪半導体抵抗体で構成されるブリッジ出力電圧の零点
変動を最小限に保ったま\で出力感度の温度補償を容易
にとることができる。
伺、本実施例ではダイヤフラムが金属体で構成され、又
感歪抵抗及び出力感度補償抵抗が薄膜半導体抵抗の例を
示したが、ダイヤフラムにシリコン単結晶など半導体を
用い感歪抵抗及び出力感度補償抵抗に半導体拡散抵抗を
使用する場合にも同様に優れた効果が得られる。
導体抵抗体で構成されるブリッジ出力電圧の零点変動を
最小限に保ったま−で出力感度の温度補償を容易とする
と共に小型化を容易とする優れた歪七ンサを提供する。
【図面の簡単な説明】
)′− 第1図は本発明の歪士ンサの実施例で要部の断面図を示
す。 第2図〜第5図は第1図におけるブリッジ回路の接続実
施例をそれぞれ示す。第6図は本発明の歪七ンサーの他
の実施例で、要部の断面図を示す。 第7図〜第1(lは第6図におけるブリッジ回路の接続
実施例をそれぞれ示す。 第11図は従来の圧カ士ンサの1例を示したもので要部
の断面図を示す。第12図〜第14図は従来の圧力上ン
サのブリッジ回路接続例を示す。 第15図は、第14図に使用されるサーミスタ素子の抵
抗一温度特性の1例を示す。 8、5.11.12.21.22.31.82・・・・
・・・・・感歪抵抗体、20・・・・・・・定電圧電源
。 第4図 牙5図 第110 第13図 せ14図 q せ15図 遥庚

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、感歪半導体抵抗がダイヤフラム上にブリッジ回路接
    続され、ブリッジ出力電圧零点が温度補償された、歪セ
    ンサにおいて、ダイヤフラム上に歪を受ける部分に感歪
    抵抗体と同一材料からなる抵抗を形成して、ブリッジ出
    力感度の温度補償抵抗体とし、これをブリッジ入力両端
    部と直列に接続せしめたことを特徴とする歪センサ。 2、ブリッジ回路か1/4ブリッジ又はハーフブリッジ
    であり、ブリッジ入力両端に並列又はブリッジ出力感度
    の温度補償抵抗体に並列もしくは直列に微調整用の金属
    抵抗体を接続してなる、特許請求の範囲第1項記載の歪
    センサ。 3、ブリッジ回路がフルブリッジであり、かつブリッジ
    入力両端に金属抵抗が接続されてなり、かつブリッジ入
    力両端に並列又はブリッジ出力感度の温度補償抵抗体に
    並列もしくは直列に微調整用の金属抵抗体を接続してな
    る特許請求の範囲第1項記載の歪センサ。
JP14384384A 1984-07-10 1984-07-10 歪センサ Granted JPS6122223A (ja)

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JP14384384A JPS6122223A (ja) 1984-07-10 1984-07-10 歪センサ

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JPH0542613B2 JPH0542613B2 (ja) 1993-06-29

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