JPS62223601A - 半導体歪ゲ−ジブリツジ回路 - Google Patents

半導体歪ゲ−ジブリツジ回路

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JPS62223601A
JPS62223601A JP61065713A JP6571386A JPS62223601A JP S62223601 A JPS62223601 A JP S62223601A JP 61065713 A JP61065713 A JP 61065713A JP 6571386 A JP6571386 A JP 6571386A JP S62223601 A JPS62223601 A JP S62223601A
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体歪ゲージを用いたブリッジ回路に系シ、
峙にブリッジ回路の零点温度補償に好適な温度補償回路
金有する半導体歪ゲージブリッジ回路に係る。
〔従来の技術〕
ピエゾ抵抗効果金利用した圧カドランスデューサは既に
広く用いられている。しかし、半導体歪ゲージの欠点は
、温度変化に対し抵抗値やピエゾ抵抗係数の変化が敏感
なため、出力感度や零点が著しく影＃を受けることであ
る。従って、半導体歪ゲージの純粋な歪量を検知するに
は適当な温度補償が必要となる。
零点の温度補償に関しては、一般にブリッジの相隣る２
辺に組み込んだ半導体歪ゲージの一方に半導体歪ゲージ
の温度抵抗特性を他のゲージと一致させるに必要な固定
抵抗を直並列に接続することが知られている。しかし、
この直並列抵抗の抵抗１直の算出央定には複雑な計算全
必要とし、更に直列抵抗２接続するため、圧力センサ部
と周辺回路との間の接続点数が多数（例えば、５個所以
上）となる欠点があった。
かかる従来技術における問題点を解決するためのものと
して、例えば特開昭５８−１４０６０４号公報によれば
、所定温度において歪ゲージの中点に発生する中点電圧
と同一の電圧を発生する手段を設け、この電圧を抵抗を
介してブリッジ脚の一方の中点に接続するものが知られ
ている。即ち、所定温度（１＋）と他の温度（ｔ−２）
でのブリッジ零点出力が等しくなるように調整すること
で半導体歪ゲージの零点温度補償を行うものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら上記の従来技術では、所定温度（１＋）と
他の温度（ｔ２）間での零点温度補償を行い得るもので
はあるが、上記以外の温度、即ちｔ１以下又は１２以上
の温度範囲では十分な温度補償が行われないという欠点
を有する。何故ならば、上記の温度補償は、上記特開昭
５８−１４０６０４　号公報の１１ｇ４図にも示される
ように、ブリッジの温度特性そのものを変化させて補償
するものではなく、基準点ｖｏ１１ｉＩ−中心として回
転する形で温度特性を平坦にしようとするからである。
このため、このブリッジ自体の温度特性が上記所定の温
度範囲外に３いてうね＃）を生じている場合、このうね
ｂｔで補償しきれず、そのためブリッジの零点出力にう
ねυヲ生じ、広い温度範囲での高精度な１度補償きする
ことができなくなるのである。
本発明は、上記従来技術に鑑み、広い温度範囲において
高精度な温度４１Ｎ償金することのできる半導体歪ゲー
ジ用温度補償回路を提供することにある。
〔問題点？解決するための手段〕
上記本発明の目的は、所定温度におけるブリッジ中点電
圧？発生する手段が接続されているブリッジ出力端子と
は反対側の出力端子に、半導体歪ゲージと並列に、上記
半導体歪ゲージブリッジ出力のうねりと同様の温度特性
を有するサーミスタ等の感＠素子と抵抗を組み合せた補
償回路を接続した半導体歪ゲージブリッジ回路によシ達
成される。
〔作用〕
上記補償回路を構成するサーミスタと抵抗にょシ、半導
体歪ゲージブリッジの出方のりねシと同特性の温度特性
でブリッジ中点の一方の電圧又は′４流を引＠抜き、こ
れによシブリッジの有する零点温度特性を広い温度範囲
にわたって補償する。
〔実施例〕
以下１本発明になる半導体歪ゲージブリッジ回路の実施
例を図を用いて説明する。
第１図において、ブリッジ回路２は複数の半導体歪ゲー
ジＧ、％−Ｇ４によ多構成されておシ、その入力端子ａ
には、サーミスタａｒｍ、固定抵抗Ｓ＋＋１とＲＢとか
ら成る。いわゆる感速温度補償回路１が直列に接続され
、半導体歪ゲージブリッジの感度の温度補償を行ってい
る。また、図においてＶＩＮは入力電源電圧を示してい
る。また、ブリッジ回路２の出力端子すには、抵抗Ｒｚ
ｌ〜Ｒｚｓによ多構成され、入力電圧Ｖ、ＮをＲｚｌと
Ｒ２□で分割し、その接点ｅに所定の基準温度（例えば
室温である２０Ｃ）におけるブリッジ中点と同一の出力
電圧を発生する零点温度補償回路３が抵抗ＲＺＳを介し
て接続されている。
さらに、ブリッジ回路２の出方端子すとは反対側の出力
端子ｄと他の入力端子Ｃの間には、本発明の特徴となる
、即ち半導体歪ゲージブリッジ出力の無負荷時における
出力のうねｂｔ補償するためのうねり補償回路４がそう
人され、ブリッジ出力ｖＧは、出力端子す及びｄから取
シ出される。
このうねり補償回路４は、サーミスタＲｚｔｉと固定抵
抗Ｒｚｓの直列接続により構成されている。後に詳細に
説明するが、このうねり補償回路４のサーミスタＲｚｔ
ｉと抵抗ＦＬｚＢはそれらの組み合せによシ、上記ブリ
ッジ出力のうねりｌ特性と同様の温度特性を有するよう
に設定されている。
第２図（ａ）は１以上の回路構成において、ブリッジ回
路２への駆動電圧である電源電圧ＶＩＮが一定のとき、
さらに圧力が６０ｋＰａ変化したときのブリッジ出力（
感度出力）の温度変化に伴う変化の状況を示したもので
ある。この感度温度特性は、第２図Φ）に示す様な温度
出力特性を持つ回路、具体的には第１図に示した感度温
度補償回路１によシ相殺され、これによシ得られる補償
された感度出力が第２図（ｃ）に示される。
次に、半導体歪ゲージ０１〜Ｇ４が無歪状態におけるブ
リッジ回路２の出力（零点出力）の温度変化に対する特
性′Ｊｔ第３図（ａ）に示す。この零点出力は、ブリッ
ジを構成する半導体歪ゲージＧＬ〜Ｇ４の形成時に生じ
る個々のゲージのパターンずれ、拡散不純物濃度の差等
によシ生じる抵抗率の不均一、さらにはゲージの形成さ
れるシリコンチップとその固定台座であるガラス基板と
の間の熱膨張率の差により生じる歪等を起因とし、ゲー
ジＧ！〜Ｇ４に圧力が印加されてい々い状態にもかかわ
らず、ブリッジ出力として発生されるものである。この
ような半導体歪ゲージの出力温度特性が第３図（ａ）に
示される。またこのような半導体歪ゲージＧ１−Ｇ４に
よシ構成されるブリッジ回路２の零点出力が第２図（ｂ
）に波線によって示されている。
上記ブリッジ回路２の零点温度出力特性は、第１図に示
される零点温度補償回路３によシ、例えば室温である２
０Ｃを基準温度（ｔｏ）として、これを回転するような
形で補償が行われる。この零点温度補償回路２により補
償されたブリッジ出力が第２図（ｂ）に実線で示されて
いる。この図から明らかなように、基準温度Ｔｏにおけ
るブリッジの中点出力と同一の出力電圧を入力電源ＶＩ
Ｎｉ分圧してブリッジ回路の一方の出力端子すに印加す
る補償方式では、ブリッジ回路２の出力温度特性自体を
補正、即ち曲がった特性を直線状に補正するものではな
く、特性曲線を基準温度１０時の値を中心に回転する形
で補正するものである。そのため、上記基準点から離れ
た点でのブリッジ出力特性の非直線性に基づく、即ち特
性曲線のうねり。
特に低温側でのうねりによる出力誤差まで補償すること
は不可能である。
本発明になる半導体歪ゲージブリッジ回路では。
さらに上記ブリッジ出力のうねり？取シ除くためのうね
り補償回路４がそう人されておυ、この補償回路によシ
ブリッジ出力は第２図（Ｃ）に示すように、広い温度範
囲において零点温度特性が平坦にされている。
一般的に、サーミスタは第４図に示すような負の非線形
温度特性を有している。また、図からも明らかなように
、このサーミスタの特性は半導体歪ゲージ抵抗の持つ温
度特性も類似したものである。それ故、サーミスタＲｚ
ｔｍと固定抵抗Ｒｚｇを直列に組み合せ、これをブリッ
ジ回路の中点（具体的には端子ｄ）及び入力端子（端子
Ｃ）にそう人することによシブリッジ出力に生じるうね
り特性を補正する。
１！１図に示される実施例では、うねり補償回路４はサ
ーミスタＲＺＴＨと固定抵抗ａｚ５の直列接続によシ構
成されているが、とのりねシ補償回路４の他の変形例を
′ｊＩｃ５図（ａ）及び（ｂ）に示す。第５図（ａ）の
回路では、サーミスタＲｚ　ｒ　ｗと固定抵抗Ｒ１２，
の直列接続に、さらにサーミスタＲｚｔｓｔと並列に固
定抵抗Ｒｚ　ｇを追加しており、これによシ、より最適
の組合せを得ることができ、よシ高精度にブリッジの零
点出力のうねりを補償するものである。
さらに、第５図（ｂ）の回路では、サーミスタＲｒｚｒ
ｔｘと直列にさらに固定抵抗Ｒｚ７をそう人したもので
ある。これらの変形例は、半導体歪ゲージブリッジが本
来有する零点出力温度特性のうねり特性に、上記うねり
補償回路の温度特性？なるぺ〈近づけるためのものであ
る。
第６図には、第１図に示す半導体歪ゲージブリッジ回路
の出力端に増幅回路５を直結して構成した定電圧駆動屋
圧カセンサとした場合の回路構成が示されている。そし
て、この回路ではブリッジ回路２の出力端子す及びｄが
それぞれ抵抗几ｌ。
ＦＬ！　ｋ介してオペレーショナルアンプ（オペアンプ
）５１の工種及び負極入力端に接続されている。
また、オペアンプ５１の出力端には出力電圧ｖ。
が出力されるとともに、帰還抵抗Ｒｓｔ介して正極入力
端に帰還され、電圧増幅器を構成している。
このような回路の実際の出力の零点誤差が第７図に示さ
れている。図から明らかなように、従来の零点温度補償
回路による補償だけでは、特に低温側（例えばＯＣから
一４０Ｃの間）において、ブリッジ出力温度ｌｉ性曲線
のうねりにより零ノへ誤差が大きく、ある限定された温
度範囲でしか十分に補償ができず、十分な検出８度を確
保することができなかった。一方、うねり補償回路４に
より、このうねりによる零点誤差を補償できることとな
シ、これによシ広い温度範囲（例えば−４０２ｒ〜ｘｚ
ｏｃ）にわたって士数％の精度で圧力の精密な測定が可
能となった。
ＷＪｓ図には、第１図の半導体歪ゲージブリッジ回路の
出力端に増幅回路５を直結した定醒流、駆動型の圧力セ
ンサが示されている。この回路では、オペアンプ１５に
よシ定屯流をブリッジ回路２の入力端子ａよシ供給して
いる。そして、ブリッジ回路２の他の入力端子Ｃには抵
抗Ｒ１２が接続され、この抵抗Ｒ１２に表われる電圧信
号が感度温度補償回路を構成するオペアンプ１５の負極
端子に入力されている。この感度温度補償回路１１は、
半導体歪ゲージブリッジの感度の温度変化全補償するも
のであり、温度に応じてその供給する電流を制御するも
のである。この回路は、サーミスタＲｔｕと固定抵抗Ｉ
ｔ、ｓ＋の直列接）涜と、これに並列に接続された固定
抵抗ｎｓ２に持ち、これらにさらに直列に接続された固
定抵抗）（、ｚと有しており、サーミスタＩＬｒｎ、抵
抗凡ａｔ　、　　］ｂ２の直並列回路と抵抗凡ｓｔとの
中点がオペアンプ１５の正極入力端に人力されている。
このような回路構成により、ブリッジ！、ｏｉ路２に供
給される電流に対応した電圧と温度により変化する中点
の電圧を比較しながら、その供給電流金制却することに
よシ感度温度補償を行うものである。
上述の定電流駆動型圧力センサによシ得られる温度とセ
ンナ出力の零点誤差との関係が第９図に示されている。
この実施例でも、他と同様、うねり補償回路４のそう人
により、広い温度範囲にわたって零点出力誤差を所定値
に低減することができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、従来の零点温度補償回路では補償不能
であったブリッジの零点出力の所定温度範囲外、特に低
温側でのうねりを補償することがができるため、広い温
度範囲において高精度な零点温度補償を施した圧力セン
ナが得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明になる半導体歪ゲージブリッジ回路を示
す回路図、第２図（ａ）、　（ｂ）及び（Ｃ）は第１図
の回路における感度温特性の補償を説明するための図、
第３図（ａ）（ｂ）及び（Ｃ）は、本発明になるうねり
補償回路による零点温度特性の補償を説明するための図
、第４図はうねり補償回路を構成するサーミスタの温度
抵抗特性と示す図、＠５図（ａ）及び（ｂ）は第１図の
うねり補償回路の変形例を示す図、第６図は第１図の半
導体歪ゲージブリッジ回路を適用した定電圧駆動型圧力
センサの回路を示す図、第７図は第６図の実施例におけ
る温度零点誤差特性を示す図、第８図は第１図の半導体
歪ゲージブリッジ回路を適用した定電流駆動型圧力セン
サの回路を示す図、そして第９図は第８図のセンサの温
度零点誤差特性を示す図。 １・・・感度温度補償回路、２・・・ブリッジ回路、３
・・・零点温度補償回路、４・・・うねり補償回路、５
・・・増幅器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、半導体歪ゲージにより構成される閉ブリッジ回路と
    、該ブリッジ回路の一対の入力端に接続されかつ該ブリ
    ッジ回路の感度温度特性を補償するための回路手段を有
    する駆動回路と、該ブリッジ回路の一対の出力端の一方
    に接続された零点温度補償を行うための回路とを有する
    ものにおいて、さらに、該ブリッジ回路の一対の出力端
    のうち該零点温度補償回路が接続された端とは反対の端
    に、負性温度抵抗特性を有する素子を含むうねり補償回
    路を接続したことを特徴とする半導体歪ゲージブリッジ
    回路。 ２、特許請求の範囲第１項において、該うねり補償回路
    は、サーミスタを含むことを特徴とする半導体歪ゲージ
    ブリッジ回路。
JP61065713A 1986-03-26 1986-03-26 半導体歪ゲ−ジブリツジ回路 Expired - Lifetime JPH0797010B2 (ja)

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