JPS62267636A - センサ - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は条件応答センサ、特に、自動車機冴なと厳しい
ｍ　ＳＭ条件下での広い用途に遺し、そのような環境で
長期間、信頼性の高い動作が可能な高精度、１氏１尚格
のセンサに１男するものである。

（従来の技術） コンピュータが非常に優秀な機能を備えていても、その
礪能に見合った信頼性の高い制御入力を供給しく！７る
適切なけンサが不足していると、コンピュータを最大限
に利用できないことがある。現在入手可能なけンサは、
製造コストが高いとか、種々の用途で長明の使用＋１１
１間にわたって精度や信頼性の所望水準が１９られない
ことが多い。使用環境条件のｊ波しい自動車機器などの
用途では、特にその傾向がある。

（発明が解決しようとづる問題点） センサのコスト、精度、１８頼性など多くの問題がある
が、センサ構造に汎用性をもたせて用途を拡大すれば、
精度および信頼性を改善する高度なセンサ別面を装備す
ることができ、また、用途拡大ににる天吊生産によって
生産経済性が良くなり、センサｌ１ＩＩＩ！′ｉ５を妥
当な水準に維持することができ、問題１よ解決される。

また、監視中の圧力などの種種の条件領域に関する同一
の一般領域内で初＋ｔｌ１条件応答ｊ式号を得るために
容易にスケール可能な容量型圧カドランスデューサ等の
条件応答素子がセンサに内蔵されている場合や、上記−
船頭域内の初＋ｖ１条件応答信号を増幅など適切な処理
を１−るための低（ｌｌｌｉ格集積回路がセンサに含ま
れている場合、また、電気的操作が可能な校正手段がセ
ンサに酋まれでいて、この校正手段と条件応答素子、集
積回路を共通支持体上に組み立てた後に集積回路に対す
る各条件応答素子の校正が安価で確実に行うことができ
る場合、センサに内蔵された条１′Ｆ応答素子Ｊ３よび
回路の温度感度が十分に低く、温度と寿命の安定性が高
く、そして、条件応答素子のスケール性が良く、センサ
回路の校正コストが安く、応用範囲が広い場合には、セ
ンサの用途は更に広がる。

（問題点を解決するための手段、作用、効果）本発明の
目的は、新しく改良された条件応答しンサを提供するこ
と、汎用性に富んだ条件応答センサを提供すること、初
ＩＩ電気信号を出力する条件応答素子と、共通支持体上
に取り付けられた信号処理用集積回路と、上記支持体上
に取り付けられ、取り付け後に条件応答素子と集積回路
を相互に校正するための電気的作動可能な手段とを有す
る条件応答センサを提供づること、監視中の圧力など種
々の所定条件領域に関して同一の一般領域内の初期条件
応答信号を発生させる際にスケール可能な条件応答素子
を提供すること、容量型圧カドランスデューサと基準コ
ンデンサをチャージロックループ接続することにより、
トランスデユーサ・コンデンサの微小変化に対して高感
度で精度の高いキャパシタンス／電圧変換器を構成した
圧力センサまたは位置センサを提供すること、電気的作
動可能なオンチップ手段を含む集積回路を共通支持体上
に取り付け、この手段を用いて、支持体上の容量型トラ
ンスデユーサなどの条件応答素子に対して支持体上の集
積回路を校正するようにしたセンサを提供すること、セ
ンサのバイアス、利得、非直線性を個別に校正する手段
を備えたセンサを提供すること、バイアスおよび利得を
校正するために可変コンデンサを備え、温度に対して安
定性のある長寿命のセンサを提供Ｊることにある。

新たに改良された本発明のセンサを簡単に説明すれば、
容量性圧カドランスデューサ等の選択スケール条件応答
素子とアナログ信号処理回路などを共通支持体上に取り
付けたものであって、これらは０ＭＯ８技術などを用い
て集積回路内に実装することが好ましい。好適実施例に
おいては、条件応答素子は感圧膜を備えた容吊竹圧カド
ランスデューサで構成され、感圧膜にＩ）かる圧力に応
じてトランスデユーサ・キャパシタンスが所定領域内で
変化するようになっている。感圧膜の構造は、トランス
デユーサをスケールする際に複数種類の異なる弾性柔軟
度が得られるように膜厚を容易に変えることができ、各
膜厚に対して種々の範囲の圧力がｉ）かった時に前記所
定ｆｒ１ｔｉ、３１内でトランスデユーサ・キャパシタ
ンスが変化するようになっている。本発明によれば、セ
ンサには校正手段が含まれ、この校正手段は、条件応答
素子および集積回路と同じ共通支持体上に取り付けられ
る。校正手段は支持体上で電気的に操作可能であること
が好ましく、そうすれば、それらを支持体上に取り付け
た後に条件応答素子とセンサ回路を相互に校正すること
ができる。本発明の一実施例では、センサのバイアスお
よび利得を校正するために個別に設定可能なポテンショ
メータが校正手段に含まれ、これらはセンサ校正の時に
調節され、設定後に固定される。別の実施例では、直列
入力並列出力型シフト・レジスタに接続された２個のデ
ィジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器が集積回路に含ま
れ、センサ校正中にシフト・レジスタにデータ／クロッ
ク入力手段から信号が入力されるようになっており、バ
イアスおよび利得の校正を行うときにレジスタ内のデー
タの半分が各Ｄ／Ａ変換器に入力されるように、データ
はＩＣスイッチ内の溶断ヒユーズまたはフローティング
ゲート手段によってメモリ内に恒久的に固定される。

本発明の好適実施例によれば、容量型圧カドランスデュ
ーサと基準コンデンサが共通ノードを持つ状態で両者を
チャージロックループ接続することにより、キャパシタ
ンス／電圧変換回路が形成され、この変換回路は電源電
圧に対して線形性を有し、選択された領域のトランスデ
ユーサ・キャパシタンスの変化に応じて対応領域内で出
力電圧を変化させる。トランスデユーサのキャパシタン
スが変化した時に共通ノードで差電圧が得られるように
、トランスデユーサ・コンデンサと基準コンデンサの端
間電圧を所定周波数で交番的に循環させるためのスイッ
チ・アレーが設けられている。

この差電圧は、センサ出力の調整時に電流シンク回路網
を駆動するために増幅などの処理を施され、そして、帰
還路を介してノード電圧を均衡状態に復帰させる。それ
により、センサの出力電圧はトランスデユーサ・キャパ
シタンスに反比例するレベルに１ｔｈされる。

また、別の実施例によれば、容量型圧カドランスデュー
サと選択的可変コンデンサを共通ノードで接続すること
により、その共通ノードに対するチャージロックループ
検出器が形成される。前記実施例と同様に、ｌ・ランス
デューサ・キャパシタンスが変化した時に電源電圧およ
び出力電圧に依存する電圧間でコンデンサ端間の電圧を
循環させるためにスイッチ・アレーが設けられている。

この構成では、センサ校正時に上述のような溶断回路ま
たはフローティングゲートの記憶データを用いて可変コ
ンデンサを電気的に操作することができる。

（実施例） 以下に（＝Ｊ図にしたがって、本発明による条件応答セ
ンサの実施例を詳細に説明する。第１図および第２図に
１３いて、参照番号１０で示されている本発明の条件応
答センサは、セラミック基板１４を備えた容量型圧カド
ランスデューサ１２などの条件応答センサで構成されて
いる。トランスデユーサは熱可塑性材質等のセンサ体１
８の環状支持部の片側に固定することが好ましい。この
トランスデユーサは、金ｆｆ１％Ｉ支持リング１６と、
Ｏ−リング・ガスケット２１と、柔軟なテフロン被覆ポ
リアミドフィルム２３と、リング１６と、支持組立体と
してのセンサ・ハウジングを形成するセンサ体部分とで
構成され、金属製支持リングは、トランスデユーサの周
辺部分にはめ込まれたカップ状金属ギ１１／ツブ２０に
よって１〜ランスデユ一サ周縁の反対側に固定されてい
る。キャップは柔軟なフィルム２３を介してＯ−リング
・ガスケットを押圧位置決めするために２ｏ、２で示す
ように内側に変形させることが好ましい。本体の外側か
ら端子への電気接続を行うためには、３本の導電線２２
を本体チャンバ２４から保護スリーブ２６まで伸びた状
態で本体内にモールドすることが好ましい。第２図の矢
印３９で示されるように、キャップ２ｏはウェル２８の
間口２７にはめ込まれ、ウェル内の流体圧力を受ける状
態になる。そして、キャップは間口２０．１を通してそ
の流体圧力を１〜ランスデユーサ１２に伝えると同時に
、ガスケット２１とフィルム２３によってセンサ回路を
圧力から保護する。

好適実施例に４５いては、１−ランスデューサ１２は、
基板１４の片側に形成された第１の導電金属コンデンサ
板３２と、柔軟な弾性膜４０上に支持された対向金属板
３４を応えている。膜は基板１４の周縁から内側の位置
でガラス封止手段３６によって基板の一部に固定され、
金属板３４は第１のコンデンサ板に対して平行間隔で対
向する第２の可動コンデンリ電極根として機能する。第
２コンデン）１電極板は膜に掛かる圧力３０の変化に応
じて第１コンデンサ電１夕仮に近付いたり離れたりする
ので、ウェル２８内の圧力状態の変化に応じてキャパシ
タンスの変化する可変コンデンサがトランスデユーサ１
２に含まれることになる。

好適実施例においては、第２図に示すＩＣ化回路４４や
抵抗手段４５、基準コンデンサ４６などの信号処理手段
４３が基！２１４の反対側に取り付ｔｉられ、そのＩＣ
化回路、敗抗手段、基準コンデンサ回路バス４８．５０
に接続され、回路パスはピン５２．５４を介してトラン
スデユーサの各コンデンサ板に接続されている。信号処
理手段は更に、直接的、または第２図に示すようにリー
ド線等を介してセンサ端子２２に接続される。この構成
においては、圧力状態３ｏの変化に応じてトランスデユ
ーサ１２のキャパシタンス変化等の初期電気信号がトラ
ンスデユーサから発生し、信号処理手段にＪ：つて、そ
の初期電気信号の増幅、変換、その他の処理が行われ、
端子２２に電気的出力信号が発生し、その出力信号は後
述のように所望の制ａｎ能の実行に利用される。

本発明によれば、容量型トランスデユーサ１２等の条ｆ
１応答素子は、監視中の圧力その他の条件の変化に応じ
て第１の一般信号レンジ内で上記初１１］電気信号を出
力するように構成されている。しかし、これら条件は第
２の一般圧力レンジにわたって変化する。例えば、好適
実施例において、トランスデユーサ１２の第１および第
２コンデンサ板の直径は約１２．７Ｍ　（０，５インチ
）、初期ギャップは約０．０２５間（０，００１インチ
）であり、ぞして、圧力範囲０−４５０１）Ｓｉに対し
てＩ・ランスデューサ・コンデンサのキャバシタンス変
化が３Ｏ−６０ｐＦになるように膜の厚さが決められる
。しかし、条件応答構造は特に、容易にスケール可能な
ものを選択し、素子が色々な第２レンジでの被監視条件
の変化に応じてスケールされる場合でも、素子から発生
する初期電気信号が同一の第ルンジ内で変化するように
する。例えば、圧力３ｏのレンジが種々異なる場合に同
一のレンジでキャパシタンスの変化が得られるようにト
ランスデユーサ１２のＩＩ！Ｊ４０の厚さが容易にスケ
ールされる。このようにして、センサに内蔵された同一
の信号処理手段は、特定の圧カドランスデューサの代替
品で監視される広範な条件の検出にも使用できるので、
この信号処理手段は特に、低価格化、人聞生産に適して
いる。条件応答素子１２は広範な温度範囲で使用可能で
あることが好ましく、そして、センサ１０が温度等の環
境条件の厳しい自動車機器などに使用される場合でもト
ランスデユーサと信号処理手段の間の整合性を良好に保
つためには、トランスデユーサの動作特性は温度変化に
対してあまり鋭敏でない方が良い。

トランスデユーサ１２については、本出願と同日、同一
出願人による出願番号第８５９．５６６号「改良された
容量型トランスデユーサを内蔵する圧カセンザＪ　　（
Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　５ｅｎｓｏｒ　ｗｉｔｈ　Ｉｎ＋ｐ
ｒｏｖｅｄＣａｐａｓｉｔｉｖｅ　Ｔｒａｎｓｄｕｃｅ
ｒ　）に詳細記述があり（木用ｍｓにも引用している）
、また、その他の従来の条件応答素子もセンサ１０に使
用可能であるので、ここではトランスデユーサ１２に関
するこれ以上の説明は省略するが、被監視条件の変化に
応答して初１ｔｊ？を気信号を出力するように設計され
た条件応答型の圧カドランスデューサまたは位置トラン
スデユーサならば、どのようなトランスデユーサ１２で
も本発明の範囲内でセンサ１０に使用可能である。

本発明によれば、トランスデユーサ１２と信号処理手段
４３は図示されるように共通の支持体またはハウジング
に取り付けられている。トランスデユーサ１２と信号処
理手段４３を共通支持体に取り付けた後に両者の整合校
正を行うための校正手段については以下に詳細に述べる
が、これも同じ支持体に取り付けられている。センサ１
０を低価格化、大量生産の可能なセンサ、さらに自動化
校正のできる多目的センサとするためには、校正手段は
集積回路内で電気的に操作可能にすることが好ましい。

例えば、監視領域内で所定の条件が生じた時に、支持体
に取り付けられたトランスデユーサから第１の所定レン
ジ内の初期電気信号が発生し、支持体に取り付けられた
信号処理手段からは、所定の制ｍ＋ｉ能を実行するため
に第２の所定レンジ内の所定電気出力信号が発生する状
況において、監視すべき前記所定条件の中の何れかが生
じた時に前記所定出力信号が得られるように、集積回路
内に設けられた校正手段がトランスデユーサと信号処理
手段の両者を整合校正するために十分な範囲にわたって
調節可能であることが好ましい。

本発明によれば、信号処理手段４３は第３図に示すよう
な容量／電圧変換回路を備えていることが好ましい。例
えば、容量型圧カドランスデューサ１２は、コンデンサ
間に共通ノード５８が形成されるように基準コンデンサ
４６に対してチャージロック接続されることが好ましい
。ベア・スイッチ６０，６２とベア・スイッチ６４．６
６の交番ｎ成によってコンデンサとノード５８に所定の
交番電圧が逆極性で印加されるように４段スイッチ６０
．６２．６４．６６が配置され、これにより共通ノード
５８で所定の電圧レベルが得られるようになっている。

共通ノードはｉｌｌｌ低限器６７．３段のインバータ６
８、フリツプフロツプ７０を介して電流シンク回路網に
接続されている。この電流シンク回路網は制限抵抗器７
１、積分コンデンサ７２０）演り増幅Ｖ！４７４で構成
されており、入力端手段７８への供給電圧に対して線形
性を有しトランスデユーサのキャパシタンス５８の容１
１値に反比例する出力電圧信号が出力手段７６からＩＩ
７られる。この出力手段には出力ノード８ｏと、もう一
つの増幅段、すなわち、フィルタ抵抗器８２０）フィル
タコンデンサ８４、演等増幅器８６、分圧抵抗器８８、
利１ワ抵抗器９ｏで構成される増幅段を設りることが好
ましい。出力ノード８０は、出力電圧帰還用の分圧抵抗
器９２．９３を介して４段スイッチアレーのスイッチ６
２に接続され、スイッチアレー内の別のスイッチ６４．
６６はそれぞれ、ポテンショメータ９４．９６で構成さ
れる校正手段を介して電源電圧に接続される。４番目の
スイッチ６０は図示されるように制限抵抗器９７を介し
て電源電圧に接続される。タイミング抵抗器９９とタイ
ミングコンデンサ１００１１０１が従来の方法でクロッ
ク手段９８に接続されており、このクロック手段はフリ
ップフロップ１０２を介してインバータ６８の分流スイ
ッチ１０３に接続されている。フリップフロップ１０２
は、適切４＾遅延抵抗器１１０および遅延コンデンサ１
１１．１１２に接続されたシュミット・トリガ・インバ
ータ１０４．１０６．１０８に接続されており、フリッ
プフロップ７ｏと交番スイッチ・ベア６ｏ、６２　オｃ
ｌ：　Ｕ　６４．６６が所定の順序テｆ７１作すること
により、１〜ランスデユーサ・コンデンサ１２と基準コ
ンデンサ４６の電圧は、例えば、一方の極性では回路の
電源電圧とポテンショメータ電圧９４の間、逆極性では
抵抗器９３．９３間ノードの分圧出力電圧とポテンショ
メータ電圧９６の間において所定の周波数で循環する。

後述のように、ポテンショメータ９４．９６はセンサ１
゜を校正覆るときのトランスデユーサおよび基準コンデ
ン４）への供給電圧を調節するための可変抵抗器である
。ずなわら校正後の出力電圧ｔよ下記の関係にしたがっ
てトランスデユーサのキャパシタンスと共に変化する。

（Ｖｃｃ’ｂ　　’ｏｕｔ　”Ｏ）ＣＸ　−（ＶＣＣ’
Ｘ　ＶＣＣ）Ｃｂ■　−電源電圧　　　７８ Ｃ Ｖ　　−出力電圧　　８０ ｕｔ Ｃ８＝トランスデコーサのキャパシタンス　１２Ｃｂ＝
阜準コンデンサのキャパシタンス　　４６分圧電圧　　
　　　　　　　　　　　９４本発明の一実施例では、ポ
テンショメータは従来のねじ調節式であって、これらは
第２図のＪ：うにセンサをセンサ支持手段上に組み立て
た後で抵抗調節間口１１４から調節可能な状態でセンサ
に取り付けられる。また、好適実施例では、校正手段は
センサ支持手段に組み込んだ後で校正動作ができるよう
に電気的に操作可能になっているが、詳細は後述する。

第３図にしたがって上述した本発明の好適実施例では、
上記信号処理手段の構成要素として下記の従来部品が使
用されている。

タイマ　９８　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
ＴＬＣ５５５フリツプフロツプ　　　　　　　　　　　
　　　　　　ＣＤ　　４０１３線形インバータ　６Ｂ　
　　　　　　　　　　　　　　　ＣＤ　　４０６９シユ
ミツト・１〜リガ・インバータ　１０４゜１０６．１０
８　　　　　　　　　　　　　　　　　ＣＤ’４０１０
６演篇増幅器　　７４．７６　　　　　　　　　　　　
７６２１　８ＣＮスイツチ　６０，６２．６４．６６　
　　　　　　　　ＣＤ　　４０６６１〜ランスデユーリ
ー・コンデンサ　１２　　　　　　　３０−６０　　ｐ
Ｆフィルタ・］ンデン舎少　７２，８４，１０１　　　
　．０１　　μＦＦ延コンデンサ　１１２　　　　　　
　　　　　　　　．００１　　μＦ遅遅延コンランナ１
１１　　　　　　　　　　　　　２００　　ｐＦタイミ
ングコンデンサ　１００　　　　　　　　　　５００　
　ｐＦ分ｊ、［抵抗器　８８　　　　　　　　　　　　
　　　　　＝１７　　ＫΩ制限抵抗器　７１．８２　　
　　　　　　　　　　　１ＭΩ分Ｙ「抵抗；！！：９２
　　　　　　　　　　　　　　　　　３．３にΩ分圧ｎ
（流器　９３　　　　　　　　　　　　　　　１　ＫΩ
ル１１１覗１氏抗器　６７　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　１　　　ＫＯ制限抵抗器　９７　
　　　　　　　　　　　　　　　７５０　　Ωｄ延低抵
抗器１１０　　　　　　　　　　　　　　　４．７にΩ
タイミング１氏抗：咎　９９　　　　　　　　　　　　
　２２　　ＫΩポテンショメータ　９４．９６　　　　
　　　　　　０〜１０　　ＫΩ利得抵抗器　９０　　　
　　　　　　　　　　　　　２２　　ＫΩ上記表に含ま
れる型番はテキサスインスッルメント社製または同等品
である。

電源電圧範囲がほぼ４−６Ｖ、クロック手段の動作周波
数が３３にｌｌｚの場合、インバータ・スイッチ１ｏ３
、交番ベア・スイッチ６０．６２．６４．６６、フリッ
プフロップ７ｏの動作周Ｉ］ｄ１は３Ｃ）ｍｓとなり、
各スイッチ・ペアとフリップフロップは第４図の波形図
に示すようにインバータ・スイッチの動作からそれぞれ
ｌｅｍｓの遅延時間ｄ２と６ＩＩＳの遅延時間ｄ３が経
過した後に動作する。

このような構成において、監視中の圧力３ｏが監視圧力
範囲の低位で安定している場合、トランスデユーサ・コ
ンデンサ１２と基準コンデンサ４６の電圧、すなわち共
通ノード５８の電位は、一方の極性ではポテンショメー
タ電圧９４と回路電源電圧の間で、また、他方の極性で
は抵抗器９２．９３間のノード出力電圧の一部とポテン
ショメータ電圧９６の間で循環し、スイッチ６２への帰
還電圧は分圧手段９２．９３によって所望の値に調節さ
れる。したがって、共通ノード５８は、抵抗高７１、コ
ンデンサ７２０）演＊ａｎ＋ｉ器７４で構成される電流
シンク回路網６９の駆動電圧レベルになり、ノード８ｏ
において、基準コンデンサとトランスデユーサ・コンデ
ンサの比に相当するアナログ出力電圧レベルが得られる
。ポテンショメータ９４は（低圧力レベルで圧力３０に
したがって）調節可能になっており、例えばノード８ｏ
の所望出力電圧範囲の低位レベルで出力電圧をゼロ設定
するためにセンサのバイアス校正を行うことができる。

所望範囲の圧力３０は監視領域内で高レベルになること
が多く、その場合、ポテンショメータ９６の調節により
最初にセンサの利得校正が行われ、ノード８０の出力電
圧が所望電圧範囲の上側に設定される。この構成におい
て、流体圧力３０が監視圧力範囲の任意の点で安定状態
にあるとき、ノード８ｏの出力電圧はトランスデユーサ
・コンデンサ１２のキャパシタンスに反比例し、トラン
スデユーサのキャパシタンスはトランスデユーサ・コン
デンサの電極間ギャップに反比例する。

したがって、圧力３０の増加によってトランスデユーサ
・キャパシタンスが増加すると、上述のようにトランス
デユーサ・コンデンサと基準コンデンサに基づく循環に
よって共通ノード５８に差電圧が現れ、電流シンクロ路
網が駆動され、ノード８０の出力電圧が増加する。この
出力電圧がスイッチ６２に帰還されて共通ノード８０の
上記差電圧がゼロになり、出力電圧はその時点で高くな
っている１〜ランスデユーサ・キャパシタンスに反比例
する値に維持される。基準コンデンサとトランスデユー
サ・コンデンサは上記キャパシタンス／電圧変換回路内
で逆に接続してもよく、するとこの回路は反転型キャパ
シタンス検出器ではなく直接型キャパシタンス検出器と
して曙能するが、これについては後述する。本発明のセ
ンサの実施例では、従来の方法で小さい値のトランスデ
ユーサ・キャパシタンスを回路電源電圧依存の出力電圧
に変換するために従来のフェーズロック増幅回路または
同期変調復調回路を信号処理手段に設けることができる
が、上記チャージロックループ型キャパシタンス／電圧
変換回路は圧力下のキャパシタンス比較動作が非常に速
い回路であり、また、接点リーク電流による誤差を防止
すると共に、周知の回路で生じ易いオフセット電圧誤差
を最小にすることによって広範な温度範囲にわたって非
常に高い精度が得られる。

第５図には、本発明のもう一つの実施例によるセンサ２
１０が示されて４３す、第３図と同様の部品には、それ
に対応する参照番号が付けられている。この実施例にお
いては、信号処理手段はバイポーラまたは０ＭＯ８技術
等によって構成され、第５図の破線２４３で示される集
積回路に内蔵される。例えば、トランスデユーサ・コン
デンサ−２１２と基型コンデンサ２４６は共通ノード２
５８およびスイッチアレー２６０．２６２．２６４．２
６６に対してチャーシロツク接続されており、第３図で
説明した電圧間で、トランスデユーサ・コンデンサ、基
準コンデンサ、共通ノードを循環させることにより、電
流シンクロ路網２６９、積分コンデンサ２７２０）電圧
フォロアー２７４が駆肋される。この回路は、前述のよ
うに所定周波数の所定シーケンスでインバータスイッチ
３０３、フリップフロップ２７０、スイッチ２θ０１２
６２．２６４．２６６を動作させるためのクロック手段
（図示せず）に相当する。前述の特許出願に記載のよう
なトランスデユーサに遮蔽部材が使用される場合、トラ
ンスデユーサのノード領域を実質的に遮蔽して共通ノー
ド２５８の代表電圧レベルに保つため、第５図の２６３
で示される遮蔽部材は２６９で示される電源に電気的に
接続することが好ましい。

この実施例において、校正手段は、センサ２１０内の共
通支持体上にトランスデユーサ２１２と共に集積された
集積回路２４３のチップ上に形成されており、共通支持
体の組み立て後に校正手段が集積回路の電気的入力によ
って作動し、トランスデユーサ２１２に対する回路２４
３の校正を行われる。例えば、校正手段にシフトレジス
タ３１６を設け、３１８でクロック入力を受信し、記憶
手段３２２を用いて３２０でデータの校正を行うという
従来の方法が好ましい。この方法によれば、センサ２１
０の校正データはセンサテスト装置（図示せず）からシ
フトレジスタを介してメモリに入力され、監視ｆｉＦａ
の圧力は３０で示すように最初に上記監視領域の任意の
低レベルに設定され、次に任意の高レベルに設定される
。１′なりち、まず高低それぞれの圧力レベルでセンサ
の校正テストが行われ、所望の出力電圧範囲内でセンサ
出力電圧調整が必要ならば追加の校正データがレジスタ
に入力されてセンサのバイアスおよび利得の校正が行わ
れる。例えば、このレジスタはメモリとの間で１２ビツ
トの校正語を転送するために従来の直列入力、並列出力
のレジスタで構成することが好ましい。一対の従来型Ｄ
／Ａコンバータ３２４．３２６にメモリからデータの半
分または１０ビット語が入力され、信号処理回路２４３
に対して適切なバイアスおよび利得の校正が行われる。

センサ校正エバの校正データをメモリ内に固定するため
に、記憶手段は第５図の３２８で示すように恒久プログ
ラミング手段を備えた非揮発性のヒユーズメモリ等で構
成されることが好ましい。バイポーラや０ＭＯ８技術等
によって回路を構成する場合は、１０％−２０％程度の
微小なトランスデユーサ・キャパシタンス変化がセンサ
の全出力電圧範囲に正確に反映される。第３図の実施例
と同様に校正を行うとき、バイアスおよび利得の校正数
置を信号処理回路に入れるため、一般に、Ｄ／Ａコンバ
ータには従来の抵抗器アレーが組み込まれるか、または
外付けされる。このように、Ｄ／Ａコンバータはセンサ
佼正中に便利な自動１夕１１プログラミングが可能にな
っているため、検出精度の高い多目的、低価格のセン与
が（ｑられる。

本発明の信号処理手段は後述のように発明の範囲内で、
アナログ出力（Ｍ　弓またはディジタル出力信号を出力
することができる。同様に、実施例回路の校正手段には
ヒユーズメモリ手段が設けられているが、本発明の範囲
内でＥＰＲＯＭその他のメモリも使用可能である。

次の実施例によるセンサ４１０の一部が第６図に示され
ている。この図でも前記と同様の参照番号が付りられて
おり、代替校正手段として可変コンデンサを調部するこ
とにより、部分的にセンサの校正が可能である。この実
施例では、可変トランスデユーサ・コンデンサ４１２は
可変基準コンデン１〕４４６に対してチャーシロツクル
ープ接続され、トランスデユーサと第一の基準コンデン
サはそれぞれ共通ノード４５８に接続されている。

スイッチアレー４６０．４６２．４６４．４６６と分圧
手段４９２．４９３は、前記実施例におけるスイッチお
よび帰還回路と同様に集積回路内に形成されている。回
路の校正を行うために従来の方法で基準コンデンサを可
変にすることができるが、それについては後述する。

水元１す１によれば、第６図の５４４．５４６で示す第
５図相当の方法を用いて電気的操作手段にＪ：って可変
ｉｌｌコンデンサおよび可変トランスデユーサ・コンデ
ンサの校正ｍ節も可能である。すなわち、シフトレジス
タに入力された校正語を、前述のよ・うな非揮発性ヒユ
ーズメモリを備えたメモリへ転送し、恒久プログラミン
グ手段によってメモリ手段内に固定する。Ｄ／Ａコンバ
ータ手段はメモリ内の校正データによって集積口路内の
従来のコンデンサ°アレー（図示せず）と共に動作し、
前記のようにバイアスおよび利得校正キャパシタンスが
第６図の回路に入力される。なお、本発明のセンサを可
変コンデンサの調節によって校正することも本発明の範
囲に属する。

本発明によるセンサに関する次の実施例では、センサ回
路は実質的に、第３図で述べたセンサ１０に相当する。

しかし、第７図に示すこの実施例６１０では、回路に含
まれるバイアスおよび利得校正手段はそれぞれ、第７図
の６９４で示すような電気的設定可能なポテンショメー
タ手段を備えている。

すなわち、第３図で述べた各ポテンショメータ９４．９
６に代わるものとして、センサ６１０の信号処理手段に
おいてポテンショメータ６９４が使用されている。この
ポテンショメータ６９４の内部には、複数の接続片の片
側を共通バス７０２に接続した状態の導電金属グリッド
６９６が、シリコン等の絶縁基板６９８上への金属イン
ク蒸着など従来の方法で形成されている。各接続片には
比較的断面の小さい部分７００．１が含まれ、接続片の
この部分７００．１と反対側の部分７００゜１の間で各
接続片が電気的に接続されるように接続片上に薄膜抵抗
器７０４が蒸着されている。この抵抗器の一端は第７図
の７０６で示すようにセンサ電源に接続され、接続片７
０２の反対側の端はプルダウン抵抗器７０５を介して接
地されている。ポテンショメータ６９４の一部または本
発明の請求範囲に属するセンサ・テスト装置一部を形成
するワイパ７０８を領域７０４にそって接触状態で移動
させると、矢印７１０で示される所定の順序で接続片の
反対側端７００．２との電気接続が得られる。センサ６
１０の回路でバイアス校正または利得校正をｈうために
ポテンショメータを使用する場合、第３図に関する記述
と同様のテストが行われる。ワイパが特定の接続片と電
気的に接続しているときに、上記のようにセンサ回路に
ポテンショメータ６９４と併用される抵抗器がセンサの
校正に不十分な場合は、校正電源７１１がら第７図のワ
イパおよびスイッチ手段７１２を介してその接続片に高
圧電気パルスが供給され、接続片の過負荷によって第７
図の７００．１ａで示される接続片の小断面部分７００
．１が蒸発する。

ワイパは第７図に示される方向へ順々に次の接続片に接
触して行き、校正過程が継続される。低コストでセンサ
６１０の校正を行うために上記校正パルスの供給は従来
の方法で自動化することができる。以上、本発明の特定
の実施例について述べたが、その他の実施例も可能であ
る。例えば、上記実施例のトランスデユーサは空気を誘
電体とし、可動コンデンサ板を備えていたが、回定コン
デンリ°と可動誘電体を備えたトランスデユーサも、特
許請求の範囲内で使用可能である。本発明は、上記実施
例の隆下、同等例等、すべてを包含するものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による条件応答センサの正面図、第２図
は第１図の線（２−２）を通る断面図、第３図は本発明
の一好適実施例によるセンサに内蔵されるアナログ信号
処理回路の回路図、第４図は第３図に示す回路の動作を
説明する波形図、第５図は本発明の好適実施例に内蔵さ
れる別のアナログ信号処理回路の回路図、第６図は本発
明の実施例に含まれる信号処理手段の回路図、第７図は
本発明の好適実施例によるセンサに使用される電気的作
動可能のな校正手段の平面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）監視領域内で選定条件の発生に応答して初期電気
   信号を供給する条件応答手段と、制御機能実行用のセン
   サ出力電気信号を供給するために初期電気信号を処理す
   る信号処理手段と、センサ校正手段とを有するセンサに
   おいて、監視領域内で選定条件の発生に応答して、第一
   の所定範囲内の初期電気信号が発生するように前記条件
   応答手段は支持体に取り付けられ、前記初期電気信号に
   応答してセンサ出力電気信号を供給するよう前記信号処
   理手段は該支持体に取り付けられ、支持体上で調節可能
   なように校正手段が該支持体上に取り付けられ、支持体
   上の条件応答手段および信号処理手段を相互に校正する
   ことにより、所定の制御機能の実行に適する第２の所定
   範囲で前記出力信号を供給することを特徴とするセンサ
   。 （２）特許請求の範囲第１項において、長期の使用期間
   にわたつて温度依存性を小さく維持するために前記校正
   手段に可変コンデンサが含まれることを特徴とするセン
   サ。 （３）監視領域内で選定条件の発生に応答して初期電気
   信号を供給する条件応答手段と、制御機能実行用の出力
   電気信号を供給するために初期電気信号を処理する信号
   処理手段と、センサ校正手段とを有するセンサにおいて
   、監視領域内で選定条件の発生に応答して初期電気信号
   を供給する前記条件応答手段が支持体に取り付けられ前
   記初期電気信号に応答するためにセンサ出力電気信号を
   供給する前記信号処理手段が支持体に取り付けられ、支
   持体上の前記条件応答手段および信号処理手段を支持体
   に取り付けた後に相互に調整することにより、センサの
   校正を行ない、また前記選定条件の発生に応答して前記
   制御機能を実行する前記出力信号を供給する前記校正手
   段が、支持体に取り付けられ、支持体上で電気的に操作
   可能であることを特徴とするセンサ。 （４）特許請求の範囲第３項において、複数の前記条件
   範囲のいずれかで監視領域内の条件変化に応じて第１の
   所定範囲内で前記初期電気信号が得られるように条件応
   答手段を選択的スケール可能なものとし、信号処理手段
   が前記第１所定範囲内の前記初期電気信号の変化に応じ
   て前記制御機能の実行に適する第２所定範囲内の前記電
   気出力信号が得られ、前記第１範囲の任意の所定点での
   初期電気信号に呼応して制御機能実行用の電気出力信号
   が得られるように前記校正手段の調整範囲を適切に定め
   、この調整範囲が前記第１範囲に一致することを特徴と
   するセンサ。 （５）特許請求の範囲第３項において、支持体に取り付
   け可能な集積回路が前記信号処理手段に含まれ、その集
   積回路内に前記校正手段を実装し、支持体に取り付けた
   後に校正手段を電気的に操作することによつてセンサの
   校正が行われることを特徴とするセンサ。 （６）監視される条件の発生に応答して初期電気信号を
   供給する容量型トランスデユーサと、初期電気信号を処
   理し、制御機能実行用電気的出力信号を供給する電気回
   路と、センサ校正手段とを有するセンサにおいて、前記
   容量型トランスデユーサを支持体に取り付け、前記電気
   回路を支持体に取り付け、前記条件の発生に応答して制
   御機能実行用の前記出力信号を供給するために前記セン
   サを校正し、前記校正手段を支持体に取り付けた後に支
   持体上の容量トランスデユーサおよび電気回路を相互に
   調節するために前記校正手段が支持体に取り付けられ支
   持体上で電気的に操作可能なことを特徴とするセンサ。 （７）特許請求の範囲第６項において、前記電気回路に
   集積回路が含まれ、その集積回路に校正手段が内蔵され
   ていて、支持体への取り付け後に、集積回路から入力さ
   れる信号によつて校正されることを特徴とするセンサ。 （８）特許請求の範囲第７項において、支持体上の容量
   型トランスデユーサに対して集積回路を調節するための
   データをセンサテスト装置から入力する記憶手段と、セ
   ンサの校正テスト後に回路の校正を行うために記憶手段
   を選択的に固定する恒久プログラミング手段が前記集積
   回路内の校正手段に含まれ、前記条件発生時と正確に一
   致して制御機能実行用の前記出力信号が得られるように
   したことを特徴とするセンサ。 （９）特許請求の範囲第８項において、集積回路内の前
   記校正手段には、センサテスト装置からの前記データを
   入力するシフトレジスタが含まれ、前記記憶手段には、
   センサ校正用データを入力する選択的ヒユーズ溶断型非
   揮発性メモリが含まれ、前記恒久的プログラミング手段
   には、センサの校正状態を固定するために記憶手段内の
   金属製可溶断回路を選沢的に溶断する手段が含まれるこ
   とを特徴とするセンサ。 （１０）特許請求の範囲第９項において、前記シフトレ
   ジスタには、非揮発性メモリに一対のデータ語を供給す
   る直列入力並列出力型レジスタが含まれ、そのデータ語
   の入力時に一対のデイジタル／アナログ変換器で前記集
   積回路が調整されることにより、センサの校正が行われ
   ることを特徴とするセンサ。 （１１）特許請求の範囲第６項において、前記校正手段
   に可変コンデンサ手段が含まれることを特徴とするセン
   サ。 （１２）監視中の条件の変化に応じてキヤパシタンスの
   変化するトランスデユーサ・コンデンサと、基準コンデ
   ンサと、キヤパシタンス／電圧変換回路とを有するセン
   サにおいて、前記変換回路には、電源電圧入力手段と、
   出力電圧出力手段と、前記変換回路内でトランスデユー
   サと基準コンデンサを選択的に接続するスイツチ手段と
   、所定の順序にしたがつて所定周波数で前記スイツチ手
   段を交番的に循環動作させるためのクロツク手段が含ま
   れ、監視中の状態変化に起因するトランスデユーサ・キ
   ヤパシタンスの変化に伴つて回路の不均衡状態が生じた
   時に、その不均衡状態を補正して出力電圧が常にトラン
   スデユーサ・コンデンサのキヤパシタンスに反比例する
   ように調節されることを特徴とするセンサ。 （１３）特許請求の範囲第１２項において、前記のトラ
   ンスデユーサ・コンデンサ、基準コンデンサ、キヤパシ
   タンス／電圧変換回路が共通支持体に取り付けられ、基
   準コンデンサおよびトランスデユーサ・コンデンサに供
   給される電源電圧および出力電圧を調節することによつ
   てセンサを校正する校正手段が前記共通支持体に取り付
   けられていることを特徴とするセンサ。 （１４）特許請求の範囲第１３項において、センサのバ
   イアス校正と利得校正を行う際にトランスデユーサ・コ
   ンデンサと基準コンデンサの循環電圧をそれぞれ変化さ
   せるために回路に設けられた一対の可変抵抗器が前記校
   正手段に含まれることを特徴とするセンサ。 （１５）監視中の条件の変化に応じてキヤパシタンスの
   変化するトランスデユーサ・コンデンサと、前記のトラ
   ンスデユーサ・コンデンサに対して共通ノードでチヤー
   ジロツクループ接続された基準コンデンサと、キヤパシ
   タンス／電圧変換回路とを有するセンサにおいて、前記
   変換回路には、電源電圧入力手段と、出力電圧出力手段
   と、前記トランスデユーサと基準コンデンサの端間電圧
   を所定周波数で交番的に循環させるための手段が含まれ
   、監視中の状態変化に起因するトランスデユーサ・コン
   デンサのキヤパシタンス変化に伴つて共通ノードに差電
   圧が生じた時に、その差電圧をゼロ化して出力電圧が常
   にトランスデユーサ・コンデンサのキヤパシタンスに反
   比例するように調節されることを特徴とするセンサ。 （１６）監視圧力領域内での変化に応じてキヤパシタン
   スの変化するコンデンサを内蔵する容量型圧力トランス
   デユーサを支持体に取り付け、前記トランスデユーサと
   の間で共通ノードを持つ状態で前記トランスデユーサと
   チヤージロツクループ接続された基準コンデンサを前記
   支持体に取り付け、電源電圧入力手段と、出力電圧発生
   用出力手段と、前記のトランスデユーサと基準コンデン
   サの端間電圧を交番的に循環させるために所定順序で作
   動するスイツチアレーと、前記順序にしたがつて所定の
   周波数で前記スイツチを作動させるためのクロツク手段
   とを備えたキヤパシタンス／電圧変換器を前記支持体に
   取り付け、監視領域内の圧力変化に基づくトランスデユ
   ーサ・コンデンサのキヤパシタンス変化に応じて前記循
   環期間中に共通ノードに現れる差電圧によつて前記出力
   手段を駆動することにより、出力電圧が前記トランスデ
   ユーサ・コンデンサのキヤパシタンス変化に相当する電
   圧に調節され、前記出力手段に含まれる帰還手段を前記
   スイツチアレーに接続することによつて、出力電圧の変
   化時に共通ノードの差電圧がゼロ化され、出力電圧がト
   ランスデユーサ・コンデンサのキヤパシタンスに比例す
   る電圧に維持されるように構成したセンサにおいて、さ
   らに、前記支持体上のトランスデユーサに対して前記支
   持体上の前記回路を調節するための校正手段を前記支持
   体に取り付け、支持体上に取り付けられた前記校正手段
   によつてセンサを電気的に操作することにより、監視中
   領域内の圧力変化に正確に応答して、制御機能実行に適
   する出力電圧が得られることを特徴とするセンサ。 （１７）特許請求の範囲第１６項において、前記回路に
   は、前記支持体に取り付けられた集積回路が含まれ、前
   記校正手段が前記集積回路に含まれ、前記支持体に取り
   付け後、前記集積回路への電気的入力により前記校正手
   段が校正されることを特徴とするセンサ。 （１８）特許請求の範囲第１７項において、前記所定条
   件が発生した時に正確に一致して制御機能実行用の前記
   出力信号が得られるように前記容量型トランスデユーサ
   に対して前記集積回路を調節するためのデータをセンサ
   テスト装置から入力する記憶手段と、テスト済のセンサ
   校正状態を固定するために前記記憶手段を選択的に固定
   する書き込み手段が、前記集積回路内の前記校正回路に
   含まれることを特徴とするセンサ。 （１９）特許請求の範囲第１８項において、前記集積回
   路内の前記校正手段には、前記データを入力するための
   シフトレジスタ手段が含まれ、前記記憶手段には、セン
   サ校正用データを前記シフトレジスタから入力するため
   の非揮発性選択的溶断型ヒユーズメモリが含まれ、前記
   書き込み手段には、センサの校正状態を固定する前記記
   憶手段内の可溶金属リードを溶断する手段が含まれるこ
   とを特徴とするセンサ。 （２０）特許請求の範囲第１９項において、前記シフト
   レジスタには、前記非揮発性メモリに一対のデータ語を
   供給する直列入力並列出力レジスタが含まれ、センサを
   校正する際に一対のデイジタル／アナログ変換手段が前
   記データ語に応答して前記集積回路を調節することを特
   徴とするセンサ。（２１）特許請求の範囲第１７項にお
   いて、前記集積回路をＣＭＯＳ技術によつて構成するこ
   とにより、高温領域での動作に関して温度に対する安定
   性が改善されることを特徴とするセンサ。 （２２）監視中の条件の変化に応じてキヤパシタンスの
   変化するトランスデユーサ・コンデンサと、前記のトラ
   ンスデユーサ・コンデンサに対して共通ノードでチヤー
   ジロツクループ接続された可変基準コンデンサと、キヤ
   パシタンス／電圧変換回路とを有するセンサにおいて、
   前記変換回路には、電源電圧入力手段と、出力電圧出力
   手段と、前記トランスデユーサと可変基準コンデンサの
   端間電圧を所定周波数で交番的に循環させるための手段
   が含まれ、監視中の状態変化に起因するトランスデユー
   サ・コンデンサのキヤパシタンス変化に伴つて共通ノー
   ドに差電圧が生じた時に、その差電圧をゼロ化して出力
   電圧が常にトランスデユーサ・コンデンサのキヤパシタ
   ンスに反比例するように調節され、センサのバイアス校
   正と利得校正がそれぞれ第１と第２の基準コンデンサに
   よつて個別に調節可能であることを特徴とするセンサ。 （２３）特許請求の範囲第２２項において、前記可変コ
   ンデンサに電気作動式オンチツプコンデンサ手段が含ま
   れ、センサのテスト中に可変コンデンサを調節するため
   のデータがシフトレジスタに入力され、そのデータがシ
   フトレジスタからヒユーズ溶断型非揮発性記憶手段に入
   力され、プログラミング手段を選択的に作動させて、記
   憶手段内の選択されたデータをプログラムすることによ
   り、センサの校正が行われることを特徴とするセンサ。