KR830001352B1

KR830001352B1 - Semiconductor pressure detector with zero temperature compensation

Info

Publication number: KR830001352B1
Application number: KR1019800000658A
Authority: KR
Inventors: 히데오 사또; 간지 가와가미; 모도히사 니시하라
Original assignee: 가부시기 가이샤 히다찌 세이사꾸쇼; 요시야먀 히로기찌
Priority date: 1980-02-19
Filing date: 1980-02-19
Publication date: 1983-07-14
Also published as: KR830002227A

Abstract

내용 없음.No content.

Description

Semiconductor pressure detector with zero temperature compensation

제1도는 본 발명을 한 동일 발명자에 의하여 제안된 왜곡계 압력 변환장치를 설명하기 위한 도면.1 is a view for explaining a strain gauge pressure transducer proposed by the same inventor who made the present invention.

제2도는 본 발명에 의한 반도체 압력검출장치의 일실시예를 나타낸 도면.2 is a view showing an embodiment of a semiconductor pressure detection device according to the present invention.

제3도는 본 발명에 의한 반도체 압력검출장치의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.3 is a view showing another embodiment of the semiconductor pressure detection device according to the present invention.

본 발명은 반도체 압력검출장치에 관한 것이며, 특히 영점 온도보상을 하는 수단을 갖는 반도체 압력검출 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor pressure detection device, and more particularly to a semiconductor pressure detection device having a means for performing zero temperature compensation.

질량, 응력(應力) 또는 유체의 압력 등을 측정하기 위해 각종 게이지가 사용되고 있으나, 그 중에서도 감도가 높은 반도체의 피에조 저항효과를 이용한 반도체 왜곡계(歪曲計·strain gauge)가 최근 널리 이용되고 있다.Various gauges are used to measure mass, stress, or pressure of a fluid. Among them, semiconductor strain gauges using piezo-resistive effects of semiconductors having high sensitivity have been widely used in recent years.

반도체 피에조 효과를 이용한 반도체 왜곡계는 왜곡량에 대한 저항의 변화을 즉, 게이지율이 높다는 이점을 갖는 반면 게이지의 저항값 및 게이지율이 큰 온도 의존성을 나타내어 불안정하다는 결점을 갖고 있다.The semiconductor strain gauge using the semiconductor piezo effect has the advantage of changing the resistance to the amount of distortion, i.e., the gauge rate is high, while the resistance and the gauge rate of the gauge show a large temperature dependence and thus are unstable.

일반적으로 반도체 왜곡계의 저항값(R)은 다음 식으로 주어진다.In general, the resistance value R of the semiconductor strain gauge is given by the following equation.

위 식에서, R₀는 소정 온도에 있어서의 왜곡이 없는 상태의 게이지의 저항값, T는 반도체 왜곡계의 온도, S는 왜곡량, α는 저항의 온도계수, β는 게이지율의 온도계수, r는 게이지율을 나타낸다. 그리고 게이지율 r은 반도체 단결정의 방위(方位), 게이지내의 전류와 응력이 이루는 각도 등에 의하여 그 값 및 극성이 변한다.In the above formula, R ₀ is the resistance value of the gauge without distortion at a predetermined temperature, T is the temperature of the semiconductor strain meter, S is the amount of distortion, α is the temperature coefficient of resistance, β is the temperature coefficient of the gauge rate, r Indicates the gauge rate. And the gauge rate r changes its value and polarity according to the orientation of the semiconductor single crystal, the angle between the current and the stress in the gauge, and the like.

상기(1) 식을 전개하면 다음 식과 같이 된다.When the above expression (1) is developed, it becomes as follows.

상기(2) 식의 우변 제2항은 왜곡에 의한 게이지 저항의 변화분이다. 한편, α는 반도체 왜곡계의 결정중의 불순물 농도에 따라 변화하여 예컨대 실리콘 단결정의 경우 3000~600ppm/℃의 값을 가지며, β는 불순물농도에 관계없이 실리콘 단결정의 경우 -2000ppm/℃정도의 값을 갖는다. 게이지 저항의 변화분은, 제(3)식의 제2항에서 명백한 바와 같이 결정중의 불순물 농도를 적절하게 선택하므로서 반도체 왜곡계의 저항의 온도계수(α)와 게이지율의 온도계수(β)를 상쇄할 수가 있기 때문에 그 온도 의존성을 작게할 수 있다. 따라서 반도체 왜곡계를 사용한 왜곡량-전기신호 변환 브리지는 저항의 변화분만을 출력신호로 출력하게 되므로 정전류원으로 구동시키는 일이 많다.The right side 2nd term | claim of said Formula (2) is a change of gauge resistance by distortion. On the other hand, α changes according to the impurity concentration in the crystal of the semiconductor distortion system, for example, has a value of 3000 ~ 600ppm / ℃ for silicon single crystal, β is about -2000ppm / ℃ for silicon single crystal regardless of impurity concentration Has The change in the gauge resistance is, as apparent in the second term of Formula (3), by appropriately selecting the impurity concentration in the crystal, and the temperature coefficient α of the resistance of the semiconductor strain gauge and the temperature coefficient β of the gauge rate. Can be canceled so that the temperature dependency can be reduced. Therefore, since the distortion-to-electric signal conversion bridge using the semiconductor distortion meter outputs only the change of the resistance as an output signal, it is often driven by a constant current source.

또 고정밀도의 왜곡량-전기신호 변환장치에서는 상기의 온도의존성을 더욱 절감시키기 위하여 구동전류를 온도에 따라 변화시키는 것도 알려져 있다.It is also known to change the drive current in accordance with temperature in order to further reduce the temperature dependency in the high-precision distortion-electric signal converter.

또 이 왜곡량-전기신호 변환 브리지의 왜곡량이 영(0)일 때는 출력은 브리지를 구성하는 복수의 게이지의 저항값(R₀)이나 그 온도계수(α)의 편차에 의해 온도가 변화하면 변화하는 소위 온도 의존성을 나타낸다.When the distortion amount of the distortion-to-electric signal conversion bridge is zero, the output changes when the temperature changes due to the variation of the resistance values R ₀ of the plurality of gauges constituting the bridge and the temperature coefficient α. So-called temperature dependence.

이 온도 의존성이 영점 온도 의존성으로서 이와 같은 온도 의존성을 절감하고 보상하는 것이 영점 온도 보상이다. 예컨대 미국 특허 제3,654,545호(1972년 4월 4일자로 허여됨)에 게시된 "반도체 왜곡계 증폭기"는 이와 같은 영점 온도보상을 하기 위하여 더어미스터 등의 감온(感溫)소자를 포함하고 있다.This temperature dependence is the zero point temperature dependency, and it is zero temperature compensation that reduces and compensates for this temperature dependency. For example, the "semiconductor distortion meter amplifier" published in U.S. Patent No. 3,654,545 (published April 4, 1972) includes a thermosensitive element such as thermistor for such zero temperature compensation.

그러나 그와 같은 보상회로는 복잡하다는 결점을 갖고 있다. 기타의 관련 출원은 미국 특허 제3,528,022호, "온도 보상 회로망"이 있다.However, such a compensation circuit has the drawback of being complicated. Another related application is US Pat. No. 3,528,022, "Temperature Compensation Network."

본 발명의 목적은 구조가 간단한 영점온도보상회로를 가지므로서 주위 온도가 변화하더라도 그 출력이 변하지 않는 반도체 압력검출기를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor pressure detector which has a zero temperature compensation circuit having a simple structure and whose output does not change even when the ambient temperature changes.

본 발명의 목적은 양단이 접속된 두개의 다리의 중점과 이 다리의 일단과의 사이에 적어도 1개의 반도체 왜곡계를 포함하는 왜곡량-전기신호 변환 브리지와, 이 두개의 다리의 전류의 합을 소정의 값으로 유지하는 수단과, 반전 입력단이 서로 저항을 개재하여 접속되고 상기 브리지의 두개의 다리의 중점과 비반전 입력단이 접속되어 있는 2개의 부귀환 증폭기와, 이 증폭기의 출력을 차동 증폭하는 차동증폭기를 구비한 반도체 압력검출장치에 있어서, 상기 반도체 왜곡계가 소정의 조건에서 평형을 이루고 있을 때 이 다리의중점전위와 동일한 전위를 발생하는 수단과 상기 부귀환 증폭기의 반전 입력단의 적어도 한쪽을, 저항을 거쳐 접속함으로써 구성된다.An object of the present invention is a distortion-to-electrical signal conversion bridge comprising at least one semiconductor strain gage between a midpoint of two legs connected at both ends and one end of the bridge, and a sum of the currents of the two legs. Means for maintaining a predetermined value, two negative feedback amplifiers, each having an inverting input terminal connected via resistance to each other, and a midpoint and a non-inverting input terminal of the two legs of the bridge connected; and differentially amplifying the output of the amplifier. A semiconductor pressure detection device having a differential amplifier, comprising: means for generating a potential equal to the midpoint potential of the leg and at least one of an inverting input terminal of the negative feedback amplifier when the semiconductor strain gauge is in equilibrium under predetermined conditions; It is comprised by connecting via resistance.

본 발명을 설명하기에 앞서, 동일 발명자에 의하여 이미 제안된 왜곡계 압력 변환 장치(미국 특허출원 제971,358호, 출원일 1978년 12월 20일)에 대하여 설명한다.Prior to describing the present invention, a strain gauge pressure converter (US Patent Application No. 971,358, filed December 20, 1978) already proposed by the same inventor will be described.

제1도에서 참조번호 2~5는 반도체 왜곡계이다. 이중 반도체 왜곡계(2)(3)는 왜곡량-전기신호변환 브리지의 한개의 다리를 구성하고, 반도체 왜곡계(4)(5)는 다른 다리를 구성한다. 이들 두 다리에 흐르는 전류의 합(I₃)은 저항(11)으로 흐른다. 이 저항(11)에 의한 전압 강하(V₁)는 증폭기(10)에서 저항(12~15),(17) 및 더어미스터(16)로 형성된 기준 전압회로에서 발생된 기준전압(V₂)과 비교되고, 이들 양자가 일치하도록 전압(V₅)이 제어된다. 따라서, 그 기준 전압회로, 증폭기(10) 및 저항(11)에 의해 브리지의 2개의 다리에 흐르는 전류의 합이 소정값이 되도록 제어된다. 증폭기(6)는 브리지의 두개의 다리의 중점(c),(d)에서의 전위차를 증폭한다. 이 증폭기(6)의 출력(V₆)은 전(f)에 부귀환되고 있기 때문에 브라지의 중점(c),(d)의 전위가 동일해지도록 출력전압(V₆)이 제어된다.In FIG. 1, reference numerals 2 to 5 denote semiconductor strain meters. The dual semiconductor strain gages 2 and 3 constitute one leg of the distortion-electric signal conversion bridge, and the semiconductor strain gages 4 and 5 constitute the other leg. The sum I ₃ of the current flowing in these two legs flows into the resistor 11. The voltage drop V ₁ caused by the resistor 11 is equal to the reference voltage V ₂ generated in the reference voltage circuit formed of the resistors 12 to 15, 17 and the thermistor 16 in the amplifier 10. Are compared and the voltage V ₅ is controlled such that they both coincide. Therefore, the reference voltage circuit, the amplifier 10, and the resistor 11 are controlled so that the sum of the currents flowing through the two legs of the bridge becomes a predetermined value. The amplifier 6 amplifies the potential difference at midpoints c and d of the two legs of the bridge. Since the output V ₆ of the amplifier 6 is negative feedback before (f), the output voltage V ₆ is controlled so that the potentials of the middle points c and d of the braze are equal.

예를 들면, 왜곡이 주어져 반도체 왜곡계(2)와 (5)의 저항값을 증가시켜 왜곡계(3),(4)의 저항값을 감소시켰다면, 게이지(2),(3)를 포함하는 다리의 전류가 감소되어 점(b)이 전위(V₅)는 저하한다. 한편 왜곡계(4),(5)를 포함하는 다리에 흐르는 전류는 증가하여 점(f)의 전위(V₆)는 상승한다. 그리하여 점(b)와 점(e)의 전위차(V₅-V₆)가 증폭기(22)에 의해 증폭되어 출력신호가 그 출력단에 출력된다.For example, if the distortion is given to increase the resistance values of the semiconductor strain gauges 2 and 5 to decrease the resistance values of the strain gauges 3 and 4, the gauges 2 and 3 are included. The current in the leg is reduced so that the point b decreases in potential V ₅ . On the other hand, the current flowing through the legs including the strain gauges 4 and 5 increases, so that the potential V _{6 at} the point f increases. Thus, the potential difference (V _5- V ₆ ) between the point (b) and the point (e) is amplified by the amplifier 22 and an output signal is output to the output terminal thereof.

저항(26~28)은 증폭기(22)의 출력기준 전압을 설정하기 위하여 설치되어 있으며, 또 저항(20)은 증폭기(22)의 소정 왜곡량 변화에 대응하는 출력의 변화를 설정하기 위한 저항으로서 왜곡계의 감도에 따라 그 저항값이 결정된다. 이 장치에 있어서의 영점 온도보상은, 브리지가 상온과 영(0) 압력하에서 평형되어 있는 상태에서 브리지의 두개의 다리의 중점(c),(d)과 거의 동일한 전압을 저항(29~31)으로 이루어지는 기준 전위발생회로로부터 발생시켜 이 전압을 스위치(33)을 통하여 이들 두개의 다리의 어느 한쪽의 중점에 인가함으로써 행해진다.The resistors 26 to 28 are provided for setting the output reference voltage of the amplifier 22, and the resistor 20 is a resistor for setting the change in output corresponding to the change in the amount of distortion of the amplifier 22. The resistance value is determined according to the sensitivity of the strain gauge. The zero temperature compensation in this device is such that resistance between 29 and 31 is equal to the midpoints (c) and (d) of the two legs of the bridge while the bridge is in equilibrium at room temperature and zero pressure. This voltage is generated from a reference potential generating circuit consisting of the reference voltage generator circuit and applied to the midpoint of one of these two legs via the switch 33.

이 보상의 극성(極性)은 스위치(33)에 의해 선택되며, 그 보상량은 저항(31)의 저항값의 크기에 따라 결정된다. 그리고 저항(31)의 저항값(R₃₁)은 다음 식으로 정해진다.The polarity of this compensation is selected by the switch 33, and the amount of compensation is determined in accordance with the magnitude of the resistance value of the resistor 31. The resistance value R ₃₁ of the resistor ₃₁ is determined by the following equation.

…(4)

… (4)

여기서, G는 자동증폭기(22)의 증폭률, R는 반도체 왜곡계의 저항값,

V_B는 규정온도 변화에 대한 다리의 중점 전압의 변화분,

E_OUT는 규정 온도변화에 대한 기준 왜곡량에 대응하는 출력의 변화분, R₀는 반도체 왜곡계(2~5)의 초기저항값, T는 온도, 그리고 I₃는 브리지의 두개의 다리에 공급되는 전류의 크기를 나타낸다.Where G is the amplification factor of the automatic amplifier 22, R is the resistance value of the semiconductor strain gauge,

V _B is the change in midpoint voltage of the bridge with respect to the specified temperature change,

E _OUT is the change in output that corresponds to the reference distortion for a specified temperature change, R ₀ is the initial resistance of the semiconductor strain gauges (2-5), T is the temperature, and I ₃ is supplied to the two legs of the bridge. The magnitude of the current being shown.

상기 제(4)식에 나타내는 바와 같이, 저항(31)의 저항값(R₃₁)은 차동증폭기(22)의 증폭률(G)에 비례한다. 그러나 이 증폭기(22)의 증폭률(G)은 반도체 왜곡계의 감도에 따라 결정되는 저항(20)에 의해 결정되기 때문에, 각각의 장치에서 증폭률(G)이 달라진다는 결점을 갖고 있었다. 또 이와 같은 상기 장치는 반도체 왜곡계의 저항값(R)의 영향을 받는 결점을 갖고 있다. 이 저항값(R)은 왜곡계의 초기저항값(R₀)과 그 온도계수(α)의 값에 따라서도 다르다.As shown in the equation (4), the resistance value R ₃₁ of the resistor ₃₁ is proportional to the amplification factor G of the differential amplifier 22. However, since the amplification factor G of the amplifier 22 is determined by the resistor 20 determined according to the sensitivity of the semiconductor strain gauge, the amplification factor G is different in each device. Such a device also has a drawback that is affected by the resistance value R of the semiconductor strain gauge. This resistance value R also differs depending on the initial resistance value R ₀ of the distortion meter and the value of the temperature coefficient α.

제2도에서 참조번호 1~4는 반도체 왜곡계로서 그 각각은 주어진 왜곡량에 대하여 그 저항값을 각각 변화시킨다. 그리하여 반도체 왜곡계(1),(3)는 다른 반도체 왜곡계(2),(4)와는 역극성으로 그 저항값을 변화시킨다.In Fig. 2, reference numerals 1 to 4 are semiconductor strain gauges, each of which changes its resistance value for a given amount of distortion. Thus, the semiconductor strain gauges 1 and 3 change their resistance in reverse polarity with the other semiconductor strain gauges 2 and 4.

반도체 왜곡계(1),(3)는 왜곡량-전기신호변환 브리지의 한개의 다리를 형성하고, 반도체 왜곡계(2),(4)는 다른 다리를 형성한다. 이 브리지의 두개의 다리를 흐르는 전류는 점(17)에 인가되어 저항(7)을 흐른다.The semiconductor strain gauges 1 and 3 form one leg of the distortion-electric signal conversion bridge, and the semiconductor strain gauges 2 and 4 form the other leg. The current flowing through the two legs of this bridge is applied at point 17 and flows through resistor 7.

그리하여, 이 저항(7)에 의한 전압강하는 증폭기(6)에 의해 직열저항(51),(52)으로 형성되는 기준 전압회로로부터의 출력전압과 비교되어 그 양쪽이 일치되도록 브리지의 두개의 다리에 공급되는 전류가 제어된다.Thus, the voltage drop by this resistor 7 is compared with the output voltage from the reference voltage circuit formed by the series resistors 51 and 52 by the amplifier 6, so that both legs of the bridge are matched. The current supplied to is controlled.

즉, 저항(7)에 의한 전압강하는 증폭기(6)의 반전 입력으로, 그리고 그 비반전 입력에는 직열저항(51),(52)에 의해 분압된 전원 전압(E_R)이 입력되고 있다.That is, the voltage drop by the resistor 7 is input to the inverting input of the amplifier 6 and the power supply voltage E _R divided by the series resistors 51 and 52 is input to the non-inverting input.

따라서 브리지의 두개의 다리를 흐르는 전류의 합은 기준 전압 회로에 의해 결정되는 소정값으로 유지된다. 왜곡량-전기신호 변환 브리지의 두개의 중점은 각각 증폭기(18),(22)의 비반전 입력에 접속되어 있다.Therefore, the sum of the currents flowing through the two legs of the bridge is maintained at a predetermined value determined by the reference voltage circuit. Two midpoints of the distortion-to-electrical signal conversion bridge are connected to the non-inverting inputs of the amplifiers 18 and 22, respectively.

이들 증폭기(18),(22)는 각각 저항(19),(20)을 거쳐 부귀환이 걸리며 또 증폭기(18),(22)의 반전입력은 가변저항(11)을 거쳐 서로 접속되어 있다.These amplifiers 18 and 22 are negatively fed back via the resistors 19 and 20, respectively, and the inverting inputs of the amplifiers 18 and 22 are connected to each other via the variable resistors 11.

또한 증폭기(18)의 반전입력과 증폭기(22)의 반전 입력은 스위치(16)에 의해 그 두개의 입력중의 한쪽이 선택되어 가변저항(21)을 거쳐, 전원 전압(E_R)에 직열로 접속된 2개의 저항(12),(13)으로 형성되는 기준 전위회로에 접속되어 있다.The inverting input of the amplifier 18 and the inverting input of the amplifier 22 are selected by one of the two inputs by the switch 16 and are directly connected to the power supply voltage E _R through the variable resistor 21. It is connected to a reference potential circuit formed of two connected resistors 12 and 13.

이 기준 전위회로는 2개의 직열저항에의해 전원전압(E_R)을 분압함으로써, 브리지가 어느 특정의 온도(예를 들면 상온 18℃) 및 어느 특정 압력(예를 들면 영(0)압력)에서 평형되어 있는 상태에 있을때 두개의 다리의 중점(a),(b)이 동일전위를 발생하도록 조정되어 있다.This reference potential circuit divides the power supply voltage (E _R ) by two series resistances, so that the bridge is subjected to a certain temperature (for example, room temperature 18 ° C.) and to a specific pressure (for example, zero pressure). When in equilibrium, the midpoints (a) and (b) of the two legs are adjusted to produce the same potential.

증폭기(18),(22)의 출력은 각각 저항(231),(232)을 거쳐 차동증폭기(23)의 반전입력 및 비반전입력으로 입력된다. 이 차동증폭기(23)의 출력과 반전 입력과의 사이에는 귀환 저항(233)이 삽입되고, 또 비반전 입력에는 전원 전압(E_R)에 직열로 접속된 2개의 저항(14),(15)의 중점이 저항(234)을 거쳐 접속되어 있다.The outputs of the amplifiers 18 and 22 are input to the inverting input and the non-inverting input of the differential amplifier 23 through the resistors 231 and 232, respectively. A feedback resistor 233 is inserted between the output of the differential amplifier 23 and the inverting input, and two resistors 14 and 15 connected in series with the power supply voltage E _{R at the} non-inverting input. The midpoint of is connected via the resistor 234.

이들 두 개의 저항(14),(15)은 소정왜곡량에 대응하는 차동증폭기(23)의 출력값을 설정하기 위한 영점조정회로를 형성하고 있다. 또 가변 저항(11)은 소정 왜곡량에 대한 증폭기(18),(22)의 출력변화를 설정하기 위해 설치되어 있다.These two resistors 14 and 15 form a zero adjustment circuit for setting the output value of the differential amplifier 23 corresponding to a predetermined amount of distortion. In addition, the variable resistor 11 is provided for setting the output change of the amplifiers 18 and 22 with respect to a predetermined amount of distortion.

지금 반도체 왜곡계의 압력이 가해지면, 반도체 왜곡계(1),(2),(3),(4)의 저항값이 그 입력의 크기에 따라 변화하여 브리지의 두 개의 다리의 중점(a),(b)의 전위에 차이를 발생시킨다.When the pressure of the semiconductor strain gauge is now applied, the resistance values of the semiconductor strain gauges (1), (2), (3), and (4) change according to the magnitude of the input, so that the midpoint of the two legs of the bridge (a) The difference arises in the potential of (b).

이 중점전위를 증폭기(18),(22)로 증폭하고, 다시 차동증폭기(23)에 의해 이들의 증폭된 중점 전위의 차를 얻어 출력(E_OUT)을 얻는다.This midpoint potential is amplified by the amplifiers 18 and 22, and the differential amplifier 23 obtains the difference between these amplified midpoint potentials to obtain an output E _OUT .

다음에 영점보상에 대하여 설명한다. 이 영점온도 보상은, 상술한 기준전위회로로부터의 기준 전위 즉 상온에서 평형을 이루고 있는 브리지의 두 개의 다리의 중점(a),(b)의 전위와 같은 전위가 가변저항(11)을 거쳐 상기 증폭기(18),(22)의 반전입력점(e),(f)의 어느 한쪽에 가변저항(21)과 스위치(16)을 통하여 접속됨으로써 실현된다. 이 영점온도보상의 극성은 스위치(16)가 어느 접점에 접속되어 있는가에 의하여 결정되며, 그 보상량은 가변저항(21)의 저항값의 크기에 따라 결정된다.Next, zero compensation will be described. This zero temperature compensation is based on the reference potential from the reference potential circuit described above, that is, the potential equal to the potential of the midpoints (a) and (b) of the two legs of the bridge being balanced at room temperature. This is realized by connecting to either of the inverting input points e and f of the amplifiers 18 and 22 via the variable resistor 21 and the switch 16. The polarity of this zero temperature compensation is determined by which contact the switch 16 is connected to, and the amount of compensation is determined in accordance with the magnitude of the resistance value of the variable resistor 21.

증폭기(18),(22)는 이득이 큰 연산 증폭기로 구성되어 있고, 이들 증폭기(18),(22)의 출력은 각각 저항(19),(20)을 거쳐 반전입력에 접속되어 있다. 그러므로 점(e),(f)의 전위는, 상기 브리지의 두개의 다리의 중점(a),(b)의 전위와 거의 동일해진다.The amplifiers 18 and 22 are composed of operational amplifiers having a large gain, and the outputs of these amplifiers 18 and 22 are connected to inverting inputs via resistors 19 and 20, respectively. Therefore, the potentials of the points (e) and (f) become almost equal to the potentials of the midpoints (a) and (b) of the two legs of the bridge.

보상량을 결정하는 가변저항(21)의 저항값(R₂₁)은 다음 식에 의하여 구해진다.The resistance value R ₂₁ of the variable resistor 21 for determining the compensation amount is obtained by the following equation.

여기서, A는 차동증폭기(23)의 증폭률, R₁₉는 저항(19 또는 20)의 저항값,

V_B'는 규정온도에 대한 점(e),(f)간의 전압변화량(

V_B와 거의 동일함)을 나타낸다.Where A is the amplification factor of the differential amplifier 23, R ₁₉ is the resistance of the

resistor

19 or 20,

V _{B '} is the amount of change in voltage between points (e) and (f)

Almost the same as V _B ).

각각의 왜곡량-전기신호 변환장치는 가변저항(11)을 조정함으로써, 소정왜곡량에 대한 출력변화량의 조정을 하게 되나 이 소정 왜곡량에 대한 출력변화량은 제(5)식에서 명백한 바와 같이 가변저항(11)의 저항값의 영향은 받지 않는다.Each distortion-electric signal converter adjusts the output change amount with respect to the predetermined distortion amount by adjusting the variable resistor 11, but the output change amount with respect to the predetermined distortion amount is variable resistor as apparent from equation (5). The resistance value in (11) is not affected.

이것은 본 실시예에 의한 왜곡량-전기신호변환장치에서는 영점 온도보상을 위한 저항(21)의 저항값(R₂₁)은 출력의 변화량을 조정하기 위한 가변저항(11)의 저항값(R₁₁)의 영향은 받지 않는다.This means that in the distortion amount-electric signal conversion device according to the present embodiment, the resistance value R ₂₁ of the resistor 21 for zero temperature compensation is the resistance value R ₁₁ of the variable resistor 11 for adjusting the change amount of the output. Is not affected.

다음에 상기 회로의 영점 온도보상에 대한 설명을 한다. 예컨대, 주위온도의 상승에 따라 브리지의 평형이 깨어져, 즉 브리지의 중점(a)의 전위가 중점(b)의 전위보다 커졌다고 한다면, 증폭기(18),(22)의 출력전압은 모두 브리지의 각 반도체 왜곡계(1~4)의 저항값의 상승과 더불어 상승하나, 증폭기(18)의 출력측이 증폭기(22)의 출력보다 약간 커진다. 그러므로 영점 온도보상회로가 없다면 차동 증폭기(23)의 출력(E_OUT)은 부(負)의 출력을 발생한다. 이때 스위치(16)가 상측접점에 접속되어 있을 경우, 즉 상기의 상온 및 영(0)압력에서 평형되어 있는 브리지의 중점의 전압이 증폭기(22)의 반전 입력으로 접속되어 있을 경우, 저항(20)을 거쳐 반전 입력으로 귀환되는 전류가 증가한다.Next, the zero temperature compensation of the circuit will be described. For example, if the bridge is unbalanced as the ambient temperature rises, that is, if the potential of the middle point of the bridge becomes greater than the potential of the middle point b, the output voltages of the amplifiers 18 and 22 are both lower than those of the bridge. As the resistance value of each of the semiconductor strain gauges 1 to 4 rises, the output side of the amplifier 18 is slightly larger than the output of the amplifier 22. Therefore, if there is no zero temperature compensation circuit, the output E _OUT of the differential amplifier 23 generates a negative output. At this time, when the switch 16 is connected to the upper contact, that is, when the voltage at the midpoint of the bridge balanced at the above-mentioned room temperature and zero pressure is connected to the inverting input of the amplifier 22, the resistor 20 The current returned to the inverting input increases by).

왜냐하면, 증폭기(22)의 출력전압과 저헝(12),(13)의 중점의 전압과의 차에 의해 보다 큰 전류가 저항(21)을 거쳐 흐르기 때문이다. 그러므로 증폭기(22)의 출력 전압은 증가하고 차동증폭기(23)의 출력은 상승하여 출력을 영(0)으로 한다. 또 브리지의 중점(a),(b)의 전위의 극성이 반대가 되었을 때에는 스위치(16)가 하측(下側)으로 절환된다.This is because a larger current flows through the resistor 21 due to a difference between the output voltage of the amplifier 22 and the voltage at the midpoints of the low and low voltages 12 and 13. Therefore, the output voltage of the amplifier 22 increases and the output of the differential amplifier 23 rises to make the output zero. When the polarities of the potentials of the midpoints (a) and (b) of the bridge are reversed, the switch 16 is switched to the lower side.

제3도에서 본 발명에 의한 반도체 압력검출장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서는 영점 온도보상을 두 개의 직열저항(12),(13)의 중점을 각각 가변저항(21),(210)을 거쳐 증폭기(18),(22)의 반전 입력으로 접속하므로 실현된다. 보상의 극성은 저항(21),(210)의 저항의 차의 부호로서 결정되며, 보상량에 대한 저항(21)과 저항(210)의 저항값(R₂₁),(R₂₁₀)는 다음 식으로 결정된다.3 shows another embodiment of the semiconductor pressure detection device according to the present invention. In this embodiment, zero temperature compensation is realized by connecting the midpoints of the two series resistors 12 and 13 to the inverting inputs of the amplifiers 18 and 22 via the variable resistors 21 and 210, respectively. . The polarity of the compensation is determined as the sign of the difference between the resistances of the resistors 21 and 210, and the resistance values R ₂₁ and R ₂₁₀ of the resistance 21 and the resistance 210 with respect to the compensation amount are represented by the following equation. Is determined.

따라서, 일정 보상량에 대하여 R₂₁의 값은 R₂₁₀의 값으로 대치될 수가 있어 자유도(自由度)는 크다.Therefore, the value of R ₂₁ can be replaced with the value of R ₂₁₀ with respect to the constant compensation amount, so the degree of freedom is large.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 영점 온도보상은 감온소차를 필요로 하지 않기 때문에 값이 저렴할 뿐만 아니라 조정을 요하는 소자가 단지 한개이기 때문에 보상량의 조정이 용이하게 된다. 또한 보상량의 결정에 소정왜곡량에 대한 출력변화량을 조정하는 저항의 영향을 받지 않으므로 보상량의 결정이 용이하므로 이러한 점에서 대량생산에 적합다는 이점이 있다.As described above, according to the present invention, since the zero temperature compensation does not require the temperature reduction and sequencing, the compensation amount can be easily adjusted because there is not only a low price but only one element requiring adjustment. In addition, since the compensation amount is not influenced by the resistance to adjust the amount of change in output for a predetermined amount of distortion, the compensation amount can be easily determined.

Claims

The sum of the distortion-to-electrical signal conversion bridge having two legs and the current flowing through the two legs of the bridge are defined so that at least one semiconductor distortion meter is included between the midpoint of the two legs connected at both ends and one end of the bridge. Means for maintaining a value, two negative feedback amplifiers whose inverting input terminals are connected to each other via a resistor, and whose non-inverting input terminals are connected to the midpoint of the two legs of the bridge; and the two negative feedback amplifiers. A differential amplifier for differentially amplifying the output of the amplifier, means for generating a potential equal to the midpoint potential of the two legs when the semiconductor strain gauge is in equilibrium at a predetermined temperature and pressure, and the two negative feedback amplifiers. Means for applying a resistance equal to the midpoint potential of the midpoint potential generating means to at least one inverting input terminal of Semiconductor pressure detecting device, comprising a.