WO2002063265A1

WO2002063265A1 - Method for adjusting pressure sensor

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Publication number: WO2002063265A1
Application number: PCT/JP2002/000528
Authority: WO
Inventors: Hisatoshi Hirota; Naoya Wanajo
Original assignee: Tgk Co., Ltd.
Priority date: 2001-02-08
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2002-08-15
Also published as: EP1286148A1; US6889554B2; EP1286148A4; US20030041670A1; JP2002310826A

Description

明細書圧力センサの調整方法技術分野

この発明は、圧力センサの調整方法に関し、特に自動車用エアコンの冷媒ガスのような被測定媒体の圧力を検出するのに使われる圧力センサの調整方法に関する。背景技術

自動車用エアコンシステムは、これを駆動するエンジンにとって比較的大きな負荷になっているため、エンジン制御も、エアコンシステムの運転状況に応じた最適制御を行うことが考えられている。自動車用エアコンシステムにおいて、ェンジン制御に必要な情報の 1つに、エンジンが直接駆動するコンプレッサの吸入側および吐出側における冷媒ガスの圧力があり、その圧力の検出には、圧力センサが用いられている。

一般に、自動車用エアコンの圧力センサを小型化、軽量化するには、冷媒ガス圧力を電子的に検出する必要がある。そのためには、例えばシリコン基板の中央部に薄肉のダイヤフラム部を形成し、その表面に配線用の導体パターンと抵抗パターンを印刷することにより半導体歪みゲージ抵抗を形成して、ホイートストンプリッジを構成した圧力センサが使用される。

こうした圧力センサは I C製造工程により大量生産に適しているが、歪みゲージ抵抗の特性に対する温度変化の影響が大きい。そこで、温度特性を補償すべく

、特公昭 5 9 - 4 1 1 3 4号公報においてはダイヤフラム部の圧力を感じない非変形部分に温度補正用の抵抗回路を設け、この抵抗値を基にゲージ抵抗による圧力信号を補正して出力するようにしていた。

また、実開平 2— 8 9 3 3 9号公報には、歪みゲージ抵抗を設けたダイヤフラム部と、このダイヤフラム部のゲージ抵抗の出力端子に接続して、ゲージ抵抗の抵抗値変化に応じて変動する出力電圧を増幅して出力する増幅回路とを一体に備えた圧力センサが開示されている。

このような圧力センサでは、ダイヤフラム部におけるゲ一ジ抵抗のオフセット、温度ドリフト、スパン電圧などの特性が調整され、さらに、増幅回路のオフセットなどの特性も調整し、全体として測定誤差を小さくするようにしている。しかしながら、従来の圧力センサでは、ダイヤフラム側で所定の特性になるよう調整され、増幅回路の側でもその特性を調整するという個々の調整作業が必要であるため、圧力センサの調整工程が複雑化するという問題があった。

また、測定誤差を小さくするために、ゲージ抵抗の抵抗値を補償する調整抵抗回路が形成され、この調整抵抗回路にレーザトリミングによって直線状の分割ラインを形成して、全体の出力電圧を調整するようにしていた。

ところが小型の圧力センサでは、調整抵抗回路の面積を大きく形成できないために、必ずしもレーザトリミングされる分割ラインの長さと抵抗値とが対応しなレ^ 特に、配線パターン上に形成される抵抗に印刷ずれを生じた場合には、レーザトリミングによる出力電圧の調整に限界があって、ゲージ抵抗に印加される電圧値の調整が容易ではなかった。発明の開示

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、調整工程の簡素化が可能な圧力センサの調整方法を提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、被測定媒体の圧力導入によって歪の形成される加圧面に被着され歪量に応じて抵抗値の変化するゲージ抵抗、および歪の形成されない面に被着された調整抵抗からなる感圧部と、前記感圧部の圧力検出信号を増幅する増幅回路とを有する圧力センサの調整方法において、前記感圧部と前記増幅回路とを接続した状態で前記感圧部の前記調整抵抗をトリミングして、前記増幅回路を通して出力される圧力検出特性を調整するようにしたことを特徴とする圧力センサの調整方法が提供される。

このような圧力センサの調整方法によれば、無調整の感圧部と無調整の増幅回路とを接続した状態で増幅回路の圧力検出特性を測定しながら感圧部の調整抵抗を調整するようにしたことで、増幅回路で必要な調整を感圧部の調整抵抗による調整で吸収することができる。これにより、圧力センサの調整は、感圧部側の 1 回の調整で済み、調整工程を簡素化することができる。

本発明の上記および他の目的、特徴および利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。図面の簡単な説明

図 1は、圧力センサの構成を示す断面図である。

図 2は、圧力センサのダイヤフラム部を示す平面図である。

図 3は、ダイヤフラム部材に形成されるホイートストンプリッジ回路を示す図である。

図 4は、ダイヤフラム部に加わる圧力と出力電圧との関係を示す図である。図 5は、圧力センサの全体を示す回路図である。

図 6は、圧力センサの調整時の状態を示す平面図である。

図 7は、圧力センサの調整時の状態を示す部分断面側面図である。

図 8は、図 2とは別の感圧回路を構成するダイヤフラム部を示す平面図である

発明を実施するための最良の形態

(第 1の実施の形態）

以下、本発明の実施の形態を、自動車用エアコンの冷媒ガス圧力を検出する圧力センサに適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。

図 1は、圧力センサの構成を示す断面図である。

図示した圧力センサは、自動車用エアコンの冷媒ガスの圧力を検出するために使用されるものであり、ハウジング部材 1 0、ダイヤフラム部材 2 0、フレキシブル回路基板 3 0、およびコネクタ部材 4 0から構成されている。

ハウジング部材 1 0は、自動車用エアコンの冷凍サイクルの配管から冷媒ガスを導入するための接続部 1 2、この接続部 1 2の反対側に形成された外筒部 1 4 、および外筒部 1 4の内部にこのハウジング部材 1 0と一体に形成された筒状突出部 1 6を備えている。ハウジング部材 1 0の筒状突出部 1 6の軸線位置には、例えば樹脂製のピン 1 7が揷通される挿入? L 1 3が形成され、円筒状のピン 1 7 がハウジング部材 1 0の接続部 1 2側から揷入され、下端部はかしめによって抜け止めされている。このピン 1 7は、ハウジング部材 1 0の接続部 1 2にェアコンシステムの配管が接続された場合に、その配管側に設けられている弁を押圧して開けるためのもので、上部が閉止された軸線位置の空洞部 1 8と側面に設けられたスリット部 1 9とを有している。

ダイヤフラム部材 2 0は、セラミックスから構成されるものであって、ハウジング部材 1 0の筒状突出部 1 6に嵌め込まれている。ダイヤフラム部材 2 0には、ハウジング部材 1 0の筒状突出部 1 6に対応する円筒形の空洞部 2 4が形成され、その中央部分がダイヤフラム部 2 2となっている。なお、外筒部 1 4の内部には、ダイヤフラム部 2 2の面と一致する位置に段部 1 5が形成されている。ダイヤフラム部材 2 0の空洞部 2 4とは反対側の、ダイヤフラム部 2 2の裏面には、後述する複数のゲージ抵抗が貼り付けられて、冷媒ガスの圧力導入によつて形成されるダイヤフラム部 2 2の歪量を測定するためのストレインゲージが構成されている。ダイヤフラム部材 2 0の空洞部 2 4は、ハウジング部材 1 0の筒状突出部 1 6と嵌合する〇リング 2 6を介して気密に嵌め込まれている。〇リング 2 6は空洞部 2 4の内側面と接触するとともに、ハウジング部材 1 0の筒状突出部 1 6に固定されたヮッシャ 2 8によって、〇リング 2 6の脱落が防止されている。

ピン 1 7は、内部の空洞部 1 8が側面のスリット部 1 9と連通して、接続部 1 2からダイヤフラム部材 2 0に冷媒ガス圧力を導入するものである。ダイヤフラム部 2 2は、ピン 1 7の先端部分から所定 g巨離だけ離れた位置に保持され、ダイャフラム部 2 2の中央部分が冷媒ガスに晒される。これによつて、ダイヤフラム部 2 2が、その中央部分に加えられた冷媒ガスの圧力に対応して変形する。フレキシブル回路基板 3 0は、ダイヤフラム部 2 2に貼り付けられたゲージ抵抗と、増幅器などの回路部品 3 2からなる測定回路との電気的な接続を構成するためのものである。そして、ダイヤフラム部材 2 0に接続されているフレキシブル回路基板 3 0が、 S字状に折り畳まれた状態で円筒形のストッパ部材 3 4の内部に収納されている。圧力測定時には、ストッパ部材 3 4がダイヤフラム部 2 2 の面と一致する位置に形成された段部 1 5と当接するので、ダイヤフラム部材 2 0がハウジング部材 1 0の外筒部 1 4の内側で回路部品 3 2の方向へ移動するのを規制できる。

コネクタ部材 4 0は、ハウジング部材 1 0の外筒部 1 4内でストッパ部材 3 4 を固定するように、防水用の〇リング 3 6を介して気密構造に嵌め込まれている。コネクタ部材 4 0の上面には、回路部品 3 2からなる増幅回路が実装されている部分のフレキシブル回路基板 3 0が取り付けられている。そして、この増幅回路とダイヤフラム部材 2 0の面に貼り付けられているゲージ抵抗とは、フレキシブル回路基板 3 0によって互いに電気的に接続された測定回路を構成している。また、コネクタ部材 4 0には、ダイヤフラム部 2 2の圧力を受ける面とは反対側の空間が大気圧に等しくなるように、外気側と連通する透孔 4 2が形成されている。

コネクタ部材 4 0には、測定回路出力信号を取り出す信号出力端子 4 4、コネクタを嵌め込むための樹脂製の接合ピン 4 6等が形成されている。信号出力端子 4 4は、図示しないエアコン制御回路およびエンジン制御回路に接続され、そこに圧力測定デ一夕を供給する。エアコン制御回路およびエンジン制御回路では、供給された圧力測定データに基づいて、コンプレッサ、コンデンサのファン、ェンジン回転数などの制御を精密に行うことによって、エアコンの運転効率を上げるとともに最適なエンジンの燃費制御を行うことが可能になる。

次に、上述した圧力センサに組み込まれた感圧回路について説明する。

図 2は、感圧回路を構成するダイヤフラム部を示す平面図である。

ダイヤフラム部 2 2には、その中央部分にピン 1 7を介して導入された冷媒ガスの圧力によって歪が形成される薄肉の屈曲部分 2 2 0が構成されている。ダイャフラム部材 2 0の下面には、ゲージ抵抗 R 1〜R 4となる抵抗体層が、配線パターン用の導体層とともにホイートストンプリッジ回路を構成するように印刷されている。ストレインゲージとなる 4つのゲージ抵抗 R 1〜R 4は、抵抗 R 2 , R 3をダイヤフラム部 2 2の屈曲部分 2 2 0の中心付近に配置し、抵抗 R l， R 4をダイヤフラム部 2 2の非変形部分と屈曲部分 2 2 0の周辺付近とに跨がって配置している。また、ダイヤフラム部 22の非変形部分には、 5つの調整抵抗 R5〜R9、電極パッド 221〜227が配置され、それらの間は配線パターンで接続されている。調整抵抗 R 5は、目標出力電圧の変化範囲を設定するスパン調整抵抗、調整抵抗 R 6, R 7は、オフセット調整抵抗、調整抵抗 R 8, R 9は、温度ドリフト補償用の調整抵抗である。これら調整抵抗 R 5〜R 9は、いずれも、増幅回路が接続された状態でトリミングされることにより、増幅回路の出力特性も含めた圧力検出特性が調整される。なお、電極パッド 225は、目標出力電圧のスパンを調整する場合に、調整抵抗 R 5の抵抗値を測定しながらトリミングするために使用される。また、電極パッド 226， 227は、オフセット電圧の温度ドリフトを補償する場合に、調整抵抗 R 8, R 9の抵抗値を測定しながらトリミングするために使用される。

ダイヤフラム部 22の面に形成されるホイートストンブリッジ回路は、直列接続された抵抗 R 6, R 3, R 1, R8と、直列接続された抵抗 R 7, R4， R 2 ， R 9とを並列に接続することで構成している。このホイートストンブリッジ回路の一端は、スパン調整抵抗 R 5を介して電圧 V c cが印加される電源端子 1に接続され、他端は、接地（GND) 側の端子 2に接続されている。

抵抗 R8， Rl， R3， R 6の直列抵抗回路において、抵抗 Rl, R 3の接続点は、一 OUT電圧信号の出力端子 3に接続され、抵抗 R9， R2, R4, R7 の直列抵抗回路では、抵抗 R4， R 2の接続点が、 +OUT電圧信号の出力端子 4に接続される。

いま、ダイヤフラム部 22が冷媒ガス圧力を受けて屈曲すると、ホイートスト 'ンブリッジ回路が形成されている面は中央が膨らんでくるので、抵抗 R 1〜R 4 のうち、屈曲部分の中心付近に被着された抵抗 R 2， R3は厚膜チップが延びる方向に変形を受けて、それらの抵抗値が大きくなる。一方、屈曲部分と非変形部分との間に配置された抵抗 R 1， R 4は厚膜チップが縮む方向に変形を受けるので、それらの抵抗値は小さくなる。したがって、ダイヤフラム部 22に加わる冷媒ガスの圧力が大きくなれば、一対の電圧信号のうち、一 OUT電圧信号は低くなり、 + O UT電圧信号は高くなるから、抵抗値変化の割合に比例した電圧信号が出力端子 3， 4間から出力され、これが圧力測定データとして検出できる。ところが、抵抗 R 1〜R 9は、印刷による成形だけでは、個々の抵抗値のばらつきが非常に大きいため、抵抗 R 1 , 尺3と抵抗尺4， R 2との直列抵抗回路の抵抗値に差があったり、ダイヤフラム部 2 2の屈曲度合いに対して抵抗値の変化率が異なっていたりするとき、圧力測定データにはオフセット電圧が生じる。また、周囲の温度変化に対する抵抗値の変化の割合が、これらの抵抗 R 1〜R 9毎に異なるときには、測定デ一夕には温度ドリフトが生じる。さらに、このホイ一トストンブリッジ回路から得られる電圧信号を増幅する増幅回路についても、ォフセット電圧や温度ドリフトが生じたりする。

そのため、ダイヤフラム部材 2 0および増幅回路のそれを調整する必要がある。本発明の圧力センサでは、圧力センサの組立てに先立って、ダイヤフラム部材 2 0の非変形部分に配置された調整抵抗 R 5〜R 9の抵抗値を、ゲージ抵抗と増幅回路とを一体の回路とみなして、以下に説明する手順で調整することによって、所定の圧力検出特性が得られるようにしている。

つぎに、調整抵抗 R 5〜R 9をトリミングすることにより圧力センサの出力検出特性を調整する方法について説明する。

図 4は、ダイヤフラム部に加わる圧力と出力電圧との関係を示す図である。この図の横軸にはダイヤフラム部 2 2に加わる圧力 Pが示してあり、縦軸には増幅回路の出力電圧 Eが示してある。この図において、圧力 Pが基準圧力 P 0 ( 例えば、大気圧）から測定可能な最大圧力 P max (例えば 3 3 M P a ) まで変化する場合、圧力センサから出力されるべき目標出力電圧（E 1 ) が基準圧力 P 0 時の電圧 e 1から最大圧力 Pmax時の電圧 e 2まで変化するように、圧力検出特性が調整されるものとする。

このように圧力センサの出力電圧を調整するには、ホイートストンブリッジ回路を増幅回路に接続して、その出力電圧を測定しながら、以下の工程（1 ) 〜（ 6 ) が実行される。

( 1 ) 一次トリミング

まず、ダイヤフラム部 2 2に被着された抵抗 R 1〜R 9は抵抗値のばらつきが大きいため、下準備として、調整を行うことができる程度に一次トリミング調整を行う。すなわち、電源電圧 V c cを印加し、基準圧力 P 0を与えたときの出力電圧が所定の電圧（オフセット電圧） e 1になるようにオフセット調整用の抵抗 R 6、または R 7をトリミングする。

すなわち、この一次トリミングでは、調整前の増幅回路の出力電圧が電圧 e 1 より小さければ、一 O UT電圧の出力端子 3の側に接続されている調整抵抗 R 6 をトリミングして、その抵抗値を大きくすればよい。反対に、調整前の測定電圧が電圧 e 1より大きければ、 + OUT電圧の出力端子 4の側に接続されている抵抗 R 7をトリミングして、その抵抗値を大きくすればよい。

なお、この一次トリミングは、ダイヤフラム部 2 2に被着されるゲージ抵抗、調整抵抗が例えば製造上の問題などで抵抗値にばらつきがある場合に実施されるものである。したがって、ゲージ抵抗、調整抵抗が本質的にばらつきが少ない状態で形成されている場合には、一次トリミングは必ずしも実施する必要がない。

( 2 ) スパン測定

つぎに、スパン測定を行う。すなわち、電源電圧 V C Cを印加し、雰囲気温度を温度 T O (常温）にして、基準圧力 P 0および最大圧力 P maxを与えたときの増幅回路の出力電圧を測定し、スパン電圧（e 1 2 _ e 1 1 ) を測定する。実際には、最大圧力 Pmaxを与えたときの出力電圧が高い方にずれていた場合は増幅回路の出力電圧が飽和するおそれがある。そこで、ダイヤフラム部 2 2に与える圧力を例えば中間の任意の圧力 P 1にして出力電圧 Eを測定し、そこから求まる出力電圧から電圧の変ィ匕率（傾き）を求め、最大圧力 P maxのときの出力電圧 e 1 2を計算により求める。

( 3 ) 温度ドリフト測定

つぎに、温度ドリフトの測定を行う。すなわち、基準圧力 P 0で、雰囲気温度を温度 T O (常温 =約 2 5 ）とこれより所定温度だけ高い温度 T 1 (例えば使用可能な最大温度の 8 5 °C) にしたときの増幅回路の出力電圧を測定し、オフセット電圧 e 1 1 , e 2 1を測定する。そして、常温時のオフセット電圧 e 1 1と先に求めた傾きとから最大圧力 Pmaxにおける出力電圧 e 1 2を求めておく。なお、ドリフトの測定温度は、上記のように基準温度 T O、および最大温度 T 1の 2点だけではなく、マイナス温度から最大温度 T 1までの任意の複数点でもよい。

(4— 1) PTC (正温度係数）抵抗のトリミング

つぎに、温度補償用の調整抵抗（PTC抵抗） R 8, R 9をトリミングする。すなわち、測定工程（3) によって得られたオフセット電圧 e 1 1， e 2 1が、 e 1 Ke 2 1の場合、一 OUT側の出力端子 3に接続されている抵抗 R 8をトリミングして、その抵抗値を大きくし、逆に、 e l l>e 2 1の場合、 +OUT 側の出力端子 4に接続されている抵抗 R 9をトリミングして、その抵抗値を大きくし、雰囲気温度の変動によるドリフトが発生しないように調整する。

このトリミングの仕方としては、測定されたオフセット電圧 e 1 1, e 2 1のデータをもとにトリミング抵抗を算出し、そのトリミング抵抗になるよう調整抵抗 R 8または調整抵抗 R 9をトリミングする。トリミングは、調整抵抗 R 8, R 9を所定の抵坊値になるようレーザ光で力ットしていくレーザトリミングにて行う。ここでは、トリミング前の温度 TO， T 1における調整抵抗 R 8, R 9の代表的な抵抗値が分かっており、また、温度依存性のないゲージ抵抗 R 1〜R 4、スパン調整用の調整抵抗 R 5およびオフセット調整用の調整抵抗 R 6, R 7の代表的な抵抗値が分かっているため、計算で得られたトリミング抵抗の値とオフセット電圧 e l l, e 2 1とから、カットすべきトリミング長さを計算し、調整抵抗 R 8または調整抵抗 R 9をその長さでトリミングする。トリミング長さは、力ットする方向の抵抗体の長さと、トリミング前後の抵抗値との間で所定の関係を有していることから、その関係を用いて、計算で求めることができる。

また、より正確を期すためには、ダイヤフラム部 22に形成された測定用の電極パッド 2 2 6 , 22 7を使って実際に調整抵抗 R 8, R 9の抵抗値を測定しながらそれらの抵抗値が、先に計算したトリミング抵抗になるようトリミングする方法を採ってもよい。

(5 - 1) スパン調整抵抗のトリミング

つぎに、スパン電圧の調整が行われる。ここでは、スパン測定で得られた電圧 e l l, e l 3と、このスパン電圧の傾き、および温度ドリフト測定で得られたオフセット電圧 e 1 1から計算により求められる最大圧力 Pmaxのときの出力電圧 e 1 2とのデータからトリミング後のスパン抵抗 R 5の抵抗値を計算し、調整抵抗 R 8 , R 9の場合と同様に、カットすべきトリミング長さを計算し、スパン調整用の調整抵抗 R 5をその長さでトリミングする。

あるいは、調整抵抗 R 8 , R 9のトリミングの場合と同様、直接測定しながらトリミングしてもよい。この場合、ダイヤフラム部 2 2に形成された測定用の電極パッド 2 2 5を使って実際に調整抵抗 R 5の両端電圧を測定し、印加される電源電圧 V c cに対して、計算されたトリミング後のスパン抵抗 R 5の抵抗値とホィートストンプリッジ回路との抵抗比から計算される割合になるように調整抵抗 R 5をトリミングする。

( 6 ) 最終トリミング

そして、最後に、オフセット調整用の調整抵抗 R 6 , R 7で最終トリミングを行う。これは、温度補償用の調整抵抗 R 8， R 9およびスパン調整用の調整抵抗 R 5のトリミング過程で、最初に調整されたオフセット電圧が目標の電圧 e 1からずれてしまうからである。ここでは、増幅回路から出力される基準圧力 P 0時の出力電圧、すなわちオフセット電圧が目標とする電圧 e 1になるように、再度、オフセット調整用の調整抵抗 R 6、または R 7をトリミングする。

このように、ゲージ抵抗 R 1〜R 4の抵抗値に対して調整抵抗 R 5〜R 9のみをトリミングして、増幅回路の出力電圧が目標値になるように調整することで、測定回路と接続された状態で温度ドリフトをなくすとともに、出力電圧特性の製品毎の個体差をなくし、オフセット電圧を目標値に一致させることができ、しかも、調整を一度で行うことができる。

次に、圧力センサの回路構成について説明する。

図 5は、圧力センサの全体を示す回路図である。

この図において、二点鎖線で囲んだ部分はダイヤフラム部 2 2に印刷された抵抗 R 1〜R 9からなる抵抗回路 5 0であり、電源端子 +U B , — U B、信号出力端子 + OUT, — OUTを有している。電源端子 + U Bは電源電圧 V c cが供給される電源ライン 5 2に接続され、電源端子—U Bはグランドライン 5 4に接続されている。

抵抗回路 5 0の信号出力端子 + O UT, — O UTは、 2つの演算増幅器 5 6， 5 8からなる増幅回路に接続され、その出力は出力端子 O UT P UTに接続されている。この増幅回路は、基準電位を設定する抵抗 R 1 0， l 1 , 増幅率を決定する抵抗 R 1 2〜R 1 5および出力抵抗 R 1 6を有している。また、各ラインに重畳される高圧 ·高周波雑音などを吸収するために、コンデンサ C 1〜(： . 5、ツエナーダイオード Z 1、およびサ一ジ吸収素子 Z 2が設けられている。

抵抗回路 5 0によって検出された圧力検出信号は、演算増幅器 5 6， 5 8からなる二段増幅回路によって増幅され、出力端子 O U T P UTから出力される。次に、圧力センサの組み立て手順について説明する。

図 6は、圧力センサの調整時の状態を示す平面図、図 7は、圧力センサの調整時の状態を示す部分断面側面図である。

圧力センサの組み立ては、以下の手順で行う。まず、増幅回路の素子を実装したフレキシブル回路基板 3 0をコネクタ部材 4 0の信号出力端子へはんだ付けし、同じく、フレキシブル回路基板 3 0の接続端子を調整抵抗などの未調整状態のダイヤフラム部材 2 0に形成された電極パッドにはんだ付けする。

次に、ダイヤフラム部材 2 0をハウジング部材 1 0 (または圧力導入治具）に装着し、そのハウジング部材 1 0 (または圧力導入治具）を治具 6 0に装着し、必要に応じてハウジング部材 1 0に圧力を導入しながら、または雰囲気温度を変えながら、増幅回路の出力電圧を測定し、トリミング抵抗値の計算をし、ダイヤフラム部材 2 0に被着された調整抵抗および補償抵抗をトリミングしてゲージ抵抗の調整を行う。このときの調整は、増幅回路を通して行われるため、増幅回路のオフセット調整なども同時に行われることになる。

ゲージ抵抗の調整が済むと、ハウジング部材 1 0を治具 6 0から外し（または、ダイヤフラム部材 2 0を圧力導入治具、および治具 6 0から外し）、図 1に示すように、ハウジング部材 1 0の外筒部 1 4にス卜ッパ部材 3 4を介してコネクタ部材 4 0を嵌め込み、外筒部 1 4の下端部をかしめてコネクタ部材 4 0をハウジング部材 1 0に固定することで、この圧力センサの組立ては完了する。

(第 2の実施の形態）

つぎに、自動車用エアコンの冷媒ガス圧力を検出する圧力センサの調整方法の他の例について説明する。図 8は、感圧回路を構成するダイヤフラム部を示す平面図である。このダイヤフラム部は、第 1の実施の形態で説明した図 2に対応するものであって、圧力センサの構成は第 1の実施の形態で説明したもの（図 1参照）と同じである。ダイヤフラム部 2 2には、その中央部分にピン 1 7を介して導入された冷媒ガスの圧力によって歪が形成される薄肉の屈曲部分 2 2 0が構成されている。ダイャフラム部材 2 0の下面には、ゲージ抵抗 R 1〜R 4となる抵抗体層が、配線パ夕一ン用の導体層とともにホイートストンブリッジ回路を構成するように印刷されている。ストレインゲージとなる 4つのゲ一ジ抵抗 R 1〜R 4は、抵抗 R 2 , R 3をダイヤフラム部 2 2の屈曲部分 2 2 0の中心付近に配置し、抵抗 R l， R 4をダイヤフラム部 2 2の非変形部分と屈曲部分 2 2 0の周辺付近とに跨がって配置している。

この実施の形態で、図 2のダイヤフラム部と異なるのは、電極パッド 2 2 5、および電極パッド 2 2 6 , 2 2 7が形成されていない点と、ホイートストンプリッジ回路と電極パッド 2 2 4 (電源端子）との間を接続するようにスパン調整抵抗 R 5を短絡する配線パターン 2 2 8が形成されている点である。

つぎに、調整抵抗 R 5〜R 9をトリミングすることにより圧力センサの出力検出特性を調整する。この調整方法については、（1 ) 一次トリミング、（2 ) スパン測定、（3 ) 温度ドリフト測定、および（6 ) 最終トリミングの各工程は、第 1の実施の形態で説明したものと同じであるので、それらの説明は省略する。ここでは、（4— 2 ) P T C抵抗のトリミングと（5— 2 ) スパン調整抵抗のトリミングについて、図 3、図 4を参照しながら説明する。

( 4 - 2 ) P T C抵抗のトリミング

温度補償用の調整抵抗（P T C抵抗） R 8 , R 9のトリミングでは、電極パッド 2 2 6 , 2 2 7を使用しないで、温度ドリフト測定の工程で測定されたオフセット電圧の温度ドリフトに基づいて、感圧部に所定の電圧を印加したときの増幅回路の出力電圧予測値を計算し、増幅回路の実際の出力電圧が算出された予測値と一致するまで、調整抵抗 R 8，； 9のいずれかをトリミングするようにしている。これにより、ダイヤフラム部 2 2上での抵抗印刷の位置ずれによる影響を無くして、圧力センサの雰囲気温度の変動によるドリフトが発生しないように、増幅回路からの出力電圧を調整することができる。

ここで、ゲージ抵抗 R 1〜R 4とオフセット調整用の調整抵抗 R 6， R 7は、それぞれ全温度で、 R 1 =R2=R 3=R4 = R、 R 6 = R 7 =Roffとし、温度による抵抗値の変化は実質的にないものとする。一方、トリミング前の調整抵抗 R 8， R 9については、温度丁0では1 8=1^ 9=1 、温度 T 1では R 8_T1 ≠R 9_T1とし、トリミング前では、出力に現れる温度ドリフトは、温度 T 1に変化したことによる抵抗変化のずれで発生しているものと仮定する。

増幅回路における出力電圧 Eについては、図 4に示すトリミング前のオフセット電圧 e 1 1、 e 2 1を、それぞれ次式によって表すことができる。

R2 + i?9 R1 + R8 Rg

ell: -Vcc - A

R7 + R4 + R2 + R9 R6 + R3 + Rl + RSJ Rg + R5

R2 + R9 R1 + R8 ^ Rg

-Vcc -A (1)

R7 + 2R + R9 R6 + 2R + R8 Rg + R5

なお、 Rgはスパン調整抵抗 R 5を除く全抵抗値、すなわち、 Rg= (R 7 + R4 + R 2+R 9) (R 6 +R 3 +R 1 +R 8) Z (R 1 + R 2 + R 3 + R 4 + R 6+R 7 +R 8 +R 9) 、 Aは増幅回路の増幅率である。

そして、測定工程（3) によって得られたオフセット電圧 e 1 1, e 2 1が、 e 1 1く e 2 1の場合、一 OUT側の出力端子 3に接続されている抵抗 R 8に対して、その抵抗値を大きくするようなトリミングが実施され、 e l l>e 2 1の場合は、 +OUT側の出力端子 4に接続されている抵抗 R 9に対して、その抵抗値を大きくするような卜リミングが実施されることになる。

オフセット電圧 e l 1， e 2 1が、 e 1 1く e 2 1の場合、まず、 {式（2) —式（1) } から、温度 T 1での抵抗値 R 9_T1を求める。

温度変化量 ΔΤ (=T 1— TO) に対応する抵抗変化 ARは、

AR = R 9_T1-R 9=R 9_T1-Rp- (3) となるから、調整抵抗 R 8，尺9の温度係数を]£ 1;、調整抵抗 R8をトリミングした後の抵抗値を R 8 tとすると、

R 8 t · k p t · ΔΤ=ΔΙ^·· (4)

であり、また、初期の仮定から

R 8_T1 = R 8 · k p t · ΔΤ + R 8··· (5)

である。したがって、式（4) をトリミング後の抵抗値 R 8 tで展開して、式（ 1) 、（2) 、（3) 、 (5) を代入して整理すれば、トリミング前後の抵抗値の変化量に対応する増幅回路の出力電圧の変化量△ e 1 l_{R8 t}が求められる。しかし、このようにして決定される増幅回路の出力電圧 e 1 l_R8tは、あくまでも R8=R9 = Rpという仮定のもとで成立する予測値であり、実際に増幅回路の出力電圧を測定した値 e 1 1とは異なる。また、式（1) の調整抵抗 R8にトリミング後の抵抗値 R8 tを代入すれば、ダイヤフラムの抵抗トリミングによつて発生する出力電圧変化△ e 1 l_{R8 t}が、次の式（6) のように求められる。

Rl + RSt R1 + RS ヽ

^AellR8t = Vcc-A (6)

, R6 + 2R + R8t R6 + 2R + R8^ Rg + R5

したがって、感圧部のホイートストンプリッジ回路の一端にスパン調整抵坊 R 5を介して所定の電圧 Vc c (実際の使用環境下での電源電圧で、例えば 5V) を印加し、そのときの増幅回路の出力電圧 Eを監視しながら、算出された出力電圧の予測値 e l l_{R8 t} (=e 1 1+Δε 1 l_{R8 t}) に一致するまで調整抵抗 R 8 をトリミングすることで、トリミングされる調整抵抗 R 8の抵抗値を直接に測定することなく、精度よく出力調整ができる。

測定工程（3) によって得られたオフセット電圧 e 1 1， e 21が、 e 1 1> e 21の場合には、調整抵抗 R 9のトリミング後の抵抗値 R 9 tから、トリミング前後の抵抗値の変化量に対応する増幅回路の出力電圧の変化量 1 l_{R9 t}が、次の式（7) のように求められる。

R2 + i?9t R2 + R9

△ell R9t ^Rg 「 ... (7)

a + 2R + R9t R7 + 2R + R9JRg + R5

したがって、トリミング後の出力電圧が e 1 l_{R9 t} (=e 1 1+Δ Θ 1 l_{R9 t} ) に一致するまで調整抵抗 R 9をトリミングすればよい。なお、第 2の実施の形態では、配線パターン 228によってスパン調整抵抗 R 5が短絡（R5 = 0) されているので、式（6) (7) ともに {Rg/ (Rg + R5) } の項は「1」となって、無視できる。

(5-2) スパン調整抵抗のトリミング

スパン調整抵抗 R 5は、図 3に示すようにゲージ抵抗回路に直列接続されている。ここでは、このスパン調整抵抗 R 5をトリミングする場合、電源電圧 Vc c を変化させてオフセット電圧を測定するようにしている。

まず、スパン測定の工程で測定された増幅回路のスパン電圧（e 13— e 1 1) と目標とされるオフセット電圧（e 2_e l) とに基づいて、電源から感圧部に印加される新たな電圧値 V c c t (=Vc c H-AVc c) を、以下の式 (8) によって計算する。

V_cct=^el3-^enPmsxv_cc … （8)

つぎに、配線パターン 228によってスパン調整抵抗 R 5を短絡した状態で、感圧部に所定の電源電圧 Vc c (=5V) を印加して、トリミングの目標出力電圧 e 1 l_{R5 t}の大きさを測定する。その後、配線パターン 228をレ一ザ光で切断し、電源からスパン調整抵抗 R 5を介して感圧部に新たに計算した電圧値 V c c tを印加しながら、増幅回路の出力電圧が測定された目標出力電圧 e 1 l_{R5 t} と一致するようにトリミングを行う。この測定方法によれば、（4—2) の PT C抵抗のトリミング方法と同様に、追加的に電極パッド 225を設けることなしに、スパン調整抵抗 R 5を正確にトリミングすることができ、しかもダイヤフラム部 22上での抵抗印刷の位置ずれによるスパン調整への影響をもなくすることができる。

以下、オフセット電圧を測定する際に電源電圧 Vc cを変化させる場合、（8 ) 式に示すように新たな電圧値 Vc c tを求める手順について説明する。圧力センサの増幅回路におけるスパン電圧（e 12— e 11) を測定するとき、抵抗 R 5のトリミング後での目標オフセット電圧（e 2— e l) に対する誤差の割合△ Vou tは、次式（9) のように表される。

… （9) ここで圧力センサのスパン電圧 Eを測定するとき、スパン調整のためのトリミング前にはスパン調整抵抗 R 5が配線パターン 228により短絡されている。そのため、ホイートストンブリッジ回路として構成されたゲ一ジ抵抗回路に印加される電圧 Vgは所定の電源電圧 Vc c (=5 V) に等しく、したがって増幅回路で測定されるスパン電圧（e 12— e 11) は、ゲージ抵抗回路に所定の電源電圧 Vc cが印加された状態でのスパン電圧となる。また、スパン電圧 Eはゲージ抵抗回路にかかる電圧 Vgに比例するので、配線パターン 228をカットしてスパン調整抵抗 R 5をトリミングするときには、ゲージ抵抗回路に印加される電圧 Vg tを次の式（10) で表すことができる。

Vg t = (1 -AVou t) Vc c - (10)

ところが、トリミング中には増幅回路から出力されるオフセット電圧 Eだけしか測定できないので、トリミングされた後の実際のオフセット電圧 V g tが、式 (10) から求められる計算値と一致するかどうかは確かめることができない。そこで、実際に圧力センサを使用する状況では、電源電圧 Vc cが例えば 5V に一定とされていること、また、スパン調整時には電源電圧が変わっても、式（ 9) の誤差の割合 AVou tであれば、正しいトリミングが可能であることから、ここでは抵抗 R 5のトリミングに際して電源電圧 Vc cを変化させて、最初の電源電圧として式（8) に示す Vc c tのように、計算可能な電源電圧を印加する。

具体的には、式（10) においてトリミング後のゲージ抵抗回路にかかる電圧 Vg tが Vc cとなるように、新たな電源電圧 Vc c tを、次の式（11) のように決定する。

V c c = (1一 AVou t) Vc c t - (11)

この式（ 11 ) より、新たな電源電圧 V c c tは

Vc c t =Vc c/ ( 1 - Δ V o u t) … （12)

と求められる。また、式（9) から

1 -ΔΥο u t = (e 2 -e 1) / (e 12 - e 11) … （13) となる。さらに、図 4に示すように（e 12— e 1 1) は

(e l 2-e l l) = (e l 3-e l l) · (Pmax/P 1) - (14) となる。そこで、この式（14) の右辺を式（13) の右辺の分母に代入して、さらに式（13) を式（12) に代入する。これにより、式（12) に示す新たな電源電圧 Vc c tは、式（8) に示すように計算可能な電圧値として求められる。

このように、まず式 (8) により電圧値 Vc c tを計算するとともに、スパン調整抵抗 R 5を短絡した状態で、感圧部に所定の電源電圧 V c c (例えば 5 V) を印加したときのオフセット電圧を測定し、その値をトリミングの目標出力電圧 e l l_{R5 t}とする。

つぎに、オフセット電圧を測定しながらトリミングを開始するとき、最初に配線パターン 228を切断することにより、スパン調整抵抗 R 5を介して感圧部に対して新たに計算した電圧値 Vc c tを印加する。

その後、スパン調整抵抗 R 5のトリミングを続行しながら、増幅回路の出力電圧がトリミングの目標出力電圧 e 1 l _{R5 t}と一致したとき、トリミングを停止する。

こうして、追加的に電極パッド 225を設けることなしに、スパン調整抵抗 R 5を正確にトリミングできる。

以上に説明したように、この発明によれば、ダイヤフラム部における調整抵抗のトリミングを、増幅回路を接続した状態で行うようにした。これにより、増幅回路側での調整ずれをダイヤフラム側での調整により吸収することができ、ダイャフラム側で行っていたオフセット、スパン、および温度補償の調整、および増幅回路側で行っていたオフセットなどの調整を、ダイヤフラム側での 1回で済ませることができ、調整工程を簡素化することができ、製造コストを下げることができる。

また、全ての調整抵抗のトリミング量を増幅回路側の出力電圧によって決定できるので、調整工程の管理が容易になる。また、調整抵抗のトリミングを行うために、ダイヤフラム部に追加の電極パッドを設ける必要がなくなるとともに、調整抵抗のトリミングに対して、抵抗パターンの印刷ずれの影響をなくすることができる。

上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。

Claims

請求の範囲

1 . 被測定媒体の圧力導入によって歪の形成される加圧面に被着され歪量に応じて抵抗値の変化するゲージ抵抗、および歪の形成されない面に被着された調整抵抗からなる感圧部と、前記感圧部の圧力検出信号を増幅する増幅回路とを有する圧力センサの調整方法において、

前記感圧部と前記増幅回路とを接続した状態で前記感圧部の前記調整抵抗をトリミングして、前記増幅回路を通して出力される圧力検出特性を調整するようにしたことを特徴とする圧力センサの調整方法。

2 . 被測定媒体の圧力導入によって歪が形成される加圧面に歪量に応じて抵抗値の変化する第 1ないし第 4ゲージ抵抗で構成したホイートストンプリッジ回路が被着され、歪が形成されない面に前記ホイ一トストンプリッジ回路内に組み込まれたオフセット調整抵抗、温度補償用調整抵抗、および前記ホイ一トストンブリッジ回路と電源との間に配置されたスパン調整抵抗が被着された感圧部と、前記感圧部の圧力検出信号を増幅する増幅回路とを有する圧力センサの調整方法において、

前記感圧部と前記増幅回路とを接続した状態で、前記加圧面にかかる圧力の変化に対応して変化する前記増幅回路の出力電圧の変化率を測定するとともに、大気圧における雰囲気温度の変化に対応して変化する前記増幅回路のオフセット電圧の温度ドリフトを測定する測定工程と、

測定された前記温度ドリフトに基づいて第 1トリミング抵抗値を算出し、前記温度補償用調整抵抗を前記第 1トリミング抵抗値と一致するようにトリミングする第 1のトリミング工程と、

前記出力電圧の変化率に基づいて第 2トリミング抵抗値を算出し、前記スパン調整抵抗を前記第 2トリミング抵抗値と一致するようにトリミングする第 2のトリミング工程と、

前記増幅回路側の出力電圧が大気圧での目標とされるオフセット電圧になるように前記オフセット調整抵抗をトリミングする第 3のトリミング工程と、からなることを特徴とする圧力センサの調整方法。

3 . 前記測定工程に先立って、前記増幅回路の出力電圧が大気圧での目標とされるオフセット電圧になるように前記オフセット調整抵抗をトリミングしておく工程を有することを特徴とする請求の範囲第 2項記載の圧力センサの調整方法。

4. 前記第 1のトリミング工程は、算出された前記第 1トリミング抵抗値からトリミングする長さを計算し、計算された長さだけ前記温度補償用調整抵抗をトリミングすることを特徴とする請求の範囲第 2項記載の圧力センサの調整方法。

5 . 前記第 1のトリミング工程は、前記温度補償用調整抵抗の抵抗値を測定しながら前記温度補償用調整抵抗を前記第 1トリミング抵抗値と一致するようにトリミングすることを特徴とする請求の範囲第 2項記載の圧力センサの調整方法。

6 . 前記第 1のトリミング工程は、前記測定工程で測定されたオフセット電圧の温度ドリフトに基づいて、前記感圧部に所定の電圧を印加したときの前記増幅回路の出力電圧予測値を計算し、前記増幅回路の実際の出力電圧が前記予測値に一致するまで前記温度補償用調整抵抗をトリミングすることを特徴とする請求の範囲第 2項記載の圧力センサの調整方法。

7 . 前記第 2のトリミング工程は、算出された前記第 2トリミング抵抗値からトリミングする長さを計算し、計算された長さだけ前記スパン調整抵抗をトリミングすることを特徴とする請求の範囲第 2項記載の圧力センサの調整方法。

8 . 前記第 2のトリミング工程は、前記スパン調整抵抗の両端電圧を測定しながら、前記スパン調整抵抗の両端電圧が、前記電源の電圧に対して前記第 2トリミング抵抗値から計算した前記スパン調整抵抗の抵抗値と前記ホイートストンブリッジ回路の抵抗値との割合になるように前記スパン調整抵抗をトリミングすることを特徴とする請求の範囲第 2項記載の圧力センサの調整方法。

9 . 前記第 2のトリミング工程は、前記測定工程で測定された出力電圧の変化率と目標オフセット電圧とから前記感圧部への新たな印加電圧値を計算するとともに、前記スパン調整抵抗を短絡した状態で前記感圧部に所定の電圧を印加してトリミングの目標出力電圧を測定し、その後、前記新たな印加電圧値を電源から前記スパン調整抵抗を介して前記感圧部に印加しながら、前記増幅回路の出力電圧が前記トリミングの目標出力電圧に一致するまで前記スパン調整抵抗をトリミングすることを特徴とする請求の範囲第 2項記載の圧力センサの調整方法。