JPH0337537A

JPH0337537A - 圧力センサ

Info

Publication number: JPH0337537A
Application number: JP17265789A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Kawasaki; 治彦川崎; Mutsuo Sugiyama; 杉山　六夫
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1989-07-04
Filing date: 1989-07-04
Publication date: 1991-02-18

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）この発明は歪ゲージを用いた圧力センサに関する。

（従来の技術）拡散型半導体歪デーノを用いた半導体圧力セン−１＝すがある（昭和５６年９月財団法人、日本科学技術振興
胴囲・科学技術館発行１日本の科学と技術」９−１０月
号第５４頁、第５５頁参照）。

これを説明すると、第１１図で示すように、シリコンダ
イアフラム２３の表面層には、歪量に応じて抵抗値を変
化させる４つの歪抵抗体２４〜２７が拡散形成され、こ
れらの歪抵抗体２４〜２７を用いて第１２図のようにホ
イーストンブリンジが組まれる。デーノ本体２１の裏面
は、第１３図のようにくり抜かれ、上方に位置する薄い
部分がダイアフラム２３となっている。

圧力が図示のように上方から加えられると、シリコンダ
イアフラム２３が変形し、歪抵抗体２４〜２７に歪が生
じる。ここに、歪抵抗体２４〜２７にはピエゾ抵抗効果
により大きな抵抗変化が起こり、ブリツノからは圧力に
比例した出力が得られる。

（発明が解決しようとする課題）ところで、このような圧力センサにおいては、過大な圧
力が加わると、歪抵抗体の間や電源電圧一ヘの接続線に接続不良や断線を起こすことがあり、その
場合には、誤った信号が出力されることになるので、そ
の信号を用いて圧力制御（たとえば液圧装置システムの
制御）を行っていれば、暴走などのトラブルを発生させ
る原因となる。

この発明はこのような従来の課題に着目してなされたも
ので、圧力センサに断線や故障が生じても、暴走などの
トラブルを発生させないようにした装置を提供すること
を目的とする。

（課題を解決するための手段）この発明は、第１図で示すように、圧力を受けて変形す
るダイアフラム上で変形による歪量が異なる位置に複数
の歪抵抗体を形成し、各歪抵抗体を用いてブリ７ノ結線
することにより複数の感圧部６１．６２を構成するとと
もに、各感圧部６１゜６２からの信号に異常があるがど
うかを判定する手段６３．６４と、前記複数の感圧部６
１．６２からの信号を入力するとともに、前記判定手段
６３゜６４からの信号を選別信号として入力し、異常の
なかった側の感圧部からの信号をセンサ出力として選別
する手段６５とを設けた。

（作用）過大な圧力がダイアフラムに加わることにより、歪量の
大きなほうの位置に設けられた感圧部（たとえば６１）
のほうに、かりに断線や故障を生じたとすれば、この感
圧部６１からの信号を受ける判定手段６３から異常あり
の信号が出力される。

一方、歪量の小さなほうの感圧部６２には断線などがな
いので、判定手段６４からは異常なしとの信号が出力さ
れる。

これらの信号を受ける選別手段６５では、異常のある感
圧部６１からの信号が切り放され、感圧部６２からの正
常な信号が出力される。

（実施例）第２図は一実施例の断面図である。たとえばシリコンウ
ェファや金属から形成されるセンサ本体１は、円筒状の
基部２と上部に薄膜状に形ｒ＆されたダイアフラム３と
からなり、下方より被測定ガスが導かれると、ダイアフ
ラム部分に変形が生ずる。

４第３図はセンサ本体１の平面図で、ダイアフラム３のほ
ぼ中心位置に２つの歪抵抗体Ａ、Ｂが、右下方の基部２
の近くにほぼ９０度離れて２つの歪抵抗体Ｃ，Ｄがそれ
ぞれ拡散形成される。これら４つの歪抵抗体Ａ−Ｄには
、歪抵抗体の両端に形成した各電極４を介して配＃Ｘ５
と接続され、この配線５はさらに電極６．ボンディング
ワイア７゜電極１０を介してリード＃１１１に接続され
る。これらの接続は第４図で示すブリッジを構成するた
めのものである。ここに、４つの歪抵抗体Ａ−Ｄをブリ
ッジ結線したものから１つの感圧部３１（第７図参照）
が構成される。

なお、電極１０については絶縁体９を介して固定される
結線基板８に形成されている。

同様にして、ダイアフラム３の左上方にも、４つの歪抵
抗体Ａ′〜Ｄ′が形成され、これら歪抵抗体Ａ′〜Ｄ′
は電極１５．配線１６などを介して、第５図で示すよう
にブリッジ結線される。ただし、歪抵抗体Ａ’、Ｂ’は
これらに対応する上記歪抵抗体Ａ、Ｂと相違して、ダイ
アフラム３の中心より半径方向外側に少しずらした位置
に形成される。

ここに、前記感圧部とは別の感圧部３２（第７図参照）
が構成される。

歪抵抗体Ａ　’、　Ｂ　’の配置は、ダイアフラム上の
歪分布を考慮したものである。この歪分布を第６図に示
すと、横軸はダイアフラム３の中心から半径方向外側に
離れる距離、縦軸は歪量を表す。同図より、ダイアフラ
ム３の中心位置において歪量（引張り）が最大であり、
半径方向外側に向かうにつれて減り、基部２の近くでは
マイナスの歪量（圧縮）が生じている。これより、歪抵
抗体Ａ、Ｂは歪量が最も大きな部分に、これに対して歪
抵抗体Ａ′、Ｂ′はそれよりも歪量が小さな部分に設け
られている。ここに、歪抵抗体Ａ、Ｂを含んだ第４図の
ブリッジによれば、高精度に圧力が計測される。

しかしながら、破損という面がらとらえれば、歪量が最
大となる部分は、過大な圧力が作用した場合に、最も破
損の可能性の高い部分でもある。

この場合に、最も歪量の大きな中心位置から少し外れた
位置にも歪抵抗体Ａ’、Ｂ’が形成されてぃ６ると、過大な圧力により、たとえ歪抵抗体Ａ、Ｈのほう
が破損されることになっても、歪抵抗体Ａ′、Ｂ′のほ
うは破損されないで済む。つまり、歪抵抗体Ａ’、Ｂ’
の位置は予期される過大圧力に対応して破壊されない位
置に定めるのであり、過大圧力が高いほど半径方向外側
に位置させるのである。これは、いわゆる７エールセー
７であり、計測精度の点からすれば、歪抵抗体Ａ’、Ｂ
’を設けた位置ではグイア７ラムの中心位置に比べれば
精度が少しは落ちるものの、その分破損に対しては強く
、デージの信頼性が増すのである。

第７図は２つの感圧部３１．３２を有する圧力センサか
らの信号を処理する回路のブロック図である。

同図において、３３．３４は増幅・整形回路で、ここで
は感圧部３１．３２にてセンシングされた圧力値（微小
信号）が増幅されるとともに、圧力値と電圧値との対応
やオフセット１１１Ｉ整などが行なわれる。

３５．３６はコンパレータで、増幅・整形回路３３．３
４からの電圧値と所定値を比較することにより、圧力検
出値が予め定められた正常な圧力範囲外にあるかどうか
を判定し、罪常な圧力範囲外にあれば、対応するセンサ
感圧部３１．３２に異常ありとの信号（たとえばハイレ
ベルの信号）を出力する。

たとえば、第８図において、ブリンノに印加する定電圧
Ｖｃｃをかりに６Ｖとすれば、図示の点Ｅで断線した場
合には出力されず（つまり０■）、点Ｆで断線した場合
にはほぼ６Ｖに近い電圧が出力される。この場合に、０
■より少し大きな基準値Ｓ　Ｌ　ｌ（たとえば０．４Ｖ
）、６■よりも少し小さな基準値５Ｌ２（たとえば５．
８　Ｖ　）を定めておき、増幅・整形回路３３．３４の
出力電圧がＳ　Ｌ　ｌ以下にあれば、あるいはＳＬ２以
上にあれば異常ありと判定するのである。つまり、ここ
でのコンパレータ３５，３６はブリンノの断線や不良に
ついて考え得る場合に対応するだ、けの数を有する。こ
のコンパレータ３５，３６は第１図の異常判定手段６３
．６４の機能を果たす部分である。

３７は選別回路で、ここでは増幅・整形回路３３．３４
からの２つの出力電圧を入力するとともに、コンパレー
タ３５，３６からの信号を選別信号として受けており、
コンパレータ３５．３６のいずれかより異常ありの信号
が出力されると、異常があったほうの増幅・整形回路か
らの出力電圧を遮断し、残りのほうの増幅・整形回路か
らの出力電圧をセンサ出力として送り出す。選別回路３
７からのセンサ出力は、たとえばフィードバンク信号と
して、図示しない液圧装置システムの圧力制御系で使用
される。なお、いずれの感圧部３１゜３２にも異常がな
い場合にどちらの感圧部からの出力電圧を選別するかは
予め定めておく。この選別回路３７は第１図の信号選別
手段６５の機能を果たす。

また、コンパレータ３５．３６からの信号は、そのまま
でも異常ありの信号として扱うことができるが、ここで
はコンパレータ３５，３６からの２つの信号は論理和ブ
ロック３８に入力されている。論理和ブロック３８から
の信号は、たとえば９− 警報装置（図示しない）に出力され、コンパレータ３５
．３６の少なくとも一方から異常ありの信号が出力され
た場合に警報装置が駆動される。

ここで、過大な圧力がセンサに加わった場合の作用を説
明する。

過大な圧力がダイアフラム３に加わることにより、歪量
の大きな位置に形ｒ＆された歪抵抗体Ａ〜Ｄのほうに、
かりに断線や故障を生じたとすれば、これがコンパレー
タ３５にて判定され、コンパレータ３５からは異常あり
の信号が出力される。

方、歪抵抗体Ａ′〜Ｄ′のほうには断線などがないので
、コンパレータ３６からは異常なしとの信号が出力され
る。

これらの信号を受ける選別回路３７では、増幅・整形回
路３３からの出力電圧を切り放し、増幅・整形回路３４
からの出力電圧を出力する。つまり、片方の感圧部３１
が破損、故障しても、破損等のしなかったもう片方の感
圧部３２からのセンサ出力が選別されるのであり、この
選別された正常なセンサ出力によれば、圧力制御を継続
させる１０− ことができる。ここに、異常なセンサ出力が用いられる
ことによるトラブルが予防される。

また、論理和ブロック３８がらの信号にて、いずれかの
感圧部３１．３２に断線や故障を土したことを知ること
ができる。

第９図と第１０図は他の実施例である。この例では、第
９図で示すように、右に設けられるダイアフラム２５の
厚さを左に設けられるダイアフラム２６の厚さよりも厚
く形成し、第１０図のように、この厚いほうのダイアフ
ラム２５に歪抵抗体Ａ′〜Ｄ′を拡散形成したものであ
る。

（発明の効果）この発明では、圧力を受けて変形するダイアフラム上に
計測感度の相違する複数の感圧部を構成するとともに、
各感圧部からの信号に異常があるかどうかの＋す定を行
い、異常をｔす定したほうの信つを切り放し、正常な方
の感圧部からの信号をセンサ出力として選別するように
したため、片方の感圧部が破損、故障しても、破損等の
しなかったもう片方の感圧部からのセンサ出力を用いて
の圧１− 力制御を継続させることができるとともに、異常なセン
サ出力が用いられることによるトラブルが予防される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のクレーム対応図、ｔ！ｔＪ２図と第
３図はそれぞれ一実施例のセンサ本体の断面図と平面図
、１４図とｆＩＳ５図はそれぞれこの実施例のブリソノ
を示す回路図、第６図はこの実施例の歪分布を示す特性
図、第７図はこの実施例の信号処理回路のブロンク図、
第８図はこの実施例での断ａｍ所を説明するための回路
図、第０図と第１０図はそれぞれ他の実施例の断面図と
平面図である。第１１図は従来例のセンサ本体の平面図、第１２図は従
来例のブリソノを示す回路図、第１３図は従来例のセン
サ本体の断面図である。」・・センサ本体、３・・・ダイアフラム、４，６・・
・電極、５・・配線、１５．１７・・・電極、１６・・
配線、Ａ−Ｄ・・・歪抵抗体、Ａ′〜Ｄ′・・歪抵抗体
、２５゜２６・・・ダイアフラム、３１．３２・感圧部
、３３゜］２３４・・・増幅・整形回路、３５．３６・・・コンパレ
ータ、３７・・・選別回路、３８・・・論理和ブロック
、６１．６２・・・感圧部、６３．６４・・・異常判定
手段、６５・・・信号選別手段。３第１０図二（７／／−−ヲ／′−−−＝；〉クイ二、１７特開乎３７５３７　（８）第１１図第１２図第１３図

Claims

【特許請求の範囲】

　圧力を受けて変形するダイアフラム上で変形による歪
量が異なる位置に複数の歪抵抗体を形成し、各歪抵抗体
を用いてブリッジ結線することにより複数の感圧部を構
成するとともに、各感圧部からの信号に異常があるかど
うかを判定する手段と、前記複数の感圧部からの信号を
入力するとともに、前記判定手段からの信号を選別信号
として入力し、異常のなかった側の感圧部からの信号を
センサ出力として選別する手段とを設けたことを特徴と
する圧力センサ。