JPH038482B2 - - Google Patents

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JPH038482B2
JPH038482B2 JP57022633A JP2263382A JPH038482B2 JP H038482 B2 JPH038482 B2 JP H038482B2 JP 57022633 A JP57022633 A JP 57022633A JP 2263382 A JP2263382 A JP 2263382A JP H038482 B2 JPH038482 B2 JP H038482B2
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temperature
bridge circuit
bridge
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Motohisa Nishihara
Kazuji Yamada
Kyomitsu Suzuki
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/02Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
    • G01L9/06Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices
    • G01L9/065Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices with temperature compensating means

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体歪ゲージを用いたブリツジ回路
の零点温度補償に関する。
ピエゾ抵抗効果を応用した半導体歪ゲージは公
知のごとく、歪に対して極めて感度が高いばかり
でなく、ヒステリシスがない、リニアリテイが良
い、小型にできるなどの利点のため広く利用され
ている。しかし、半導体であるため、温度変化に
対して、敏感に抵抗値やピエゾ抵抗係数が変化す
る。このため、零点や、出力感度が著しく温度の
影響を受ける。これが半導体歪ゲージの唯一の欠
点である。
従つて、半導体歪ゲージを温度変化を伴う雰囲
気中で使用する場合は適切な温度補償を行なわな
いと半導体歪ゲージの純粋な歪量を検知すること
ができない。ここに、半導体歪ゲージ使用に際し
て温度補償の必要性がある。
半導体歪ゲージをブリツジに構成し、検出器と
して使用する場合の温度補償としては、一般に、
歪に対して、ピエゾ抵抗効果が互い逆方向に生ず
るゲージをブリツジの相隣る2辺に配置するとと
もに、感度の温度補償のため、サーミスタ等で構
成する感度補償回路をブリツジを直列に接続し、
ブリツジの印加電圧が正の温度特性となるように
考慮する。
これにより感度の温度補償は十分であるが、半
導体歪ゲージの温度変化による抵抗変化が同一で
なければ温度による抵抗変化分の相互相殺の効果
は十分ではなく完全な温度補償は得られない。
しかし、実際には、拡散濃度のばらつきや抵抗
パターンのずれなどで同一の温度抵抗特性をもつ
た半導体歪ゲージを得ることは難しく、ゲージ間
の温度抵抗特性にアンバランスが生ずることはさ
けられない。
従つて、より正確に半導体歪ゲージの歪による
抵抗値変化を検出するためには、前記の様なブリ
ツジ構成にした後、更に、零点温度補償を行なう
必要がある。
この零点温度補償は、一般に、ブリツジの相隣
る2辺に組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、この場合、直、並列抵
抗値の算出に複雑な計算を必要とし、更に、直列
抵抗を接続するため、圧力センサ部と周辺回路の
接続数が5カ所以上となる欠点があり、厚膜回路
技術等で集積化センサを製造することが困難であ
つた。
そこで、本発明者らは、上記欠点を取り除くた
め、従来の方法とは別の方法を求め研究を重ねた
結果、簡単にして効果大なる温度補償付集積化セ
ンサの製作に成功したものである。
本発明はブリツジの4辺に半導体歪ゲージを組
込んだ方式のブリツジ回路の温度補償を実現し、
厚膜回路技術で容易に集積化できることを特徴と
する温度補償付集積化センサに関する。
まず、本発明の前提となつた温度補償の原理に
ついて述べる。
第1図は半導体歪ゲージG1〜G4をブリツジに
構成し、ブリツジ回路2とサーミスタRTHと固定
抵抗RS1,RS2から成る感度温度補償回路1を直列
に接続し、感度の温度補償を施した状態を示す。
VINは入力電源電圧であり、VOは出力電圧であ
る。
該ブリツジ回路の感度の温度係数は該半導体歪
ゲージを拡散形成したときの不純物濃度で若干異
なるが、約−2000ppm/℃である。これを補償す
る該感度温度補償回路のインピーダンスは、該サ
ーミスタRTHの効果で、高温で小さくなり、低温
で大きくなる。従つて、該固定抵抗RS1,RS2を適
当な値にすることで、該圧力センサの点a,c間
の電圧VAを+2000ppm/℃の温度係数にでき感
度の温度補償を実現できる。
次に、該半導体歪ゲージが無歪状態で、雰囲気
温度がt1かからt2に変化したときの該G1〜G4の抵
抗値がそれぞれ、R11からR12に、R21からR22に、
R31からR32に、R41からR42に変化したとすると、
それらの変化はほぼ直線的に現われ、雰囲化温度
Tと該半導体歪ゲージの抵抗Rの関係は第2図の
特性線g1〜g4によつて示される。
第1図に示す回路構成で該半導体歪ゲージを無
歪状態にしたときの出力電圧VOが雰囲気温度の
影響を受けないためには、当然g1〜g4は一致し1
本の特性線となることが必要である。しかし、こ
れは既述のごとく困難であり、実際には第2図の
ごとく4本の異なつた特性線として示される。
ところで、従来の零点温度補償は、該半導体歪
ゲージと直、並列に固定抵抗を接続し、みかけ上
g1〜g4を一致させんとする試みがなされてきた
が、発明者らは必ずしもg1〜g4を一致させなくて
も、該a,c間の電圧VAが2000ppm/℃の温度
係数であることに着目し、圧力センサの出力点b
あるいはdと所定電圧点を抵抗を介して接続する
ことによつて零点温度変化を補償しようと試み
た。
本発明の一実施例を第3図に示す。該図におい
て、感度温度補償回路1、ブリツジ回路2は第1
図と等しい。零点温度補償回路3は抵抗RZ1
RZ3で構成し、入力電源電圧をRZ1,RZ2で分割
し、点eに基準電圧を得るとともに、該eとブリ
ツジ回路の一方の出力点bをRZ3を介して接続す
る。
ここで、零点温度補償をしない状態(VZ=∞)
で、雰囲気温度がt1に変化したとき、ブリツジ回
路の点a,c間の電圧はVA1からVA2に、出力電
圧はVO1からVO2に変化したとすると、それらの
変化はほぼ直線的に現われる。雰囲気温度Tと出
力電圧の関係は第4図の特性線1によつて示され
る。
次に、t1で点e,b間の電圧が零にするよう
RZ1あるいはRZ2を調整する。これで、t1ではRZ3
を小さくしても出力電圧はVO1である。次に、t2
では点bの電圧は点aの電圧より高くなるため
RZ3により、出力電圧はVO2よりも大きくなる。
この量はほぼRZ3に反比例する。従つて、t2で出
力電圧VOがVO1になるようRZ3を調整することに
よつて、第4図の特性線f2のように、零点の変化
を補償できる。
補償抵抗RZ3は次式でも求めることができる。
RZ3=R12・R22/R12+R22 ・(R21/R11R21VA1−R22/R12R22VA2/VO2−VO1−1
)(1) (1)式と第4図より分かるようVO2−VO1が正の
ときはRZ3が負になり、実現不可能であるが、こ
のときはRZ3を点eと点d間に接続することで補
償できることは容易に分かる。
本発明の一実施例によれば、ブリツジ回路と周
辺回路の接続数を4ケ所で、複雑な計算を必要と
しないで零点の温度補償ができる。この結果、高
精度、高信頼性、低コストの温度補償付集積化セ
ンサが得られる。
第5図に他の実施例を示す。基本構成は第3図
の一実施例と同じであるので説明は省略する。第
3図と異なるのは、半導体歪ゲージG3と並列に
固定抵抗RPを接続している点である。これによ
りG3の温度抵抗特性を等価的に変化させ、各々
の半導体歪ゲージの温度抵抗特性のアンバランス
があつても補償前の零点温度特性は全て負の温度
係数にし、零点温度補償をする。
本発明においても、第3図の一実施例と同様な
利点がある。更に、本発明によれば、RZ3の接続
を変えることなしに零点補償できる利点がある。
本発明によればブリツジ回路と周辺回路部を4
ケ所で、更に、簡単な回路構成で零点の温度補償
ができる。この結果、高精度、高信頼性、低コス
トの温度補償付集積化センサが得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は一般的な温度補償回路図、第2図は4
個の半導体歪ゲージの温度変化による抵抗変化を
示す図、第3図は本発明の一実施例を示す図、第
4図は温度補償効果を示す図、第5図は本発明の
他の実施例を示す図である。 G1〜G4……半導体歪ゲージ、1……感度温度
補償回路、2……ブリツジ回路、3……零点温度
補償回路、RZ3……零点補償抵抗。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体歪ゲージを含むブリツジ回路と、前記
    ブリツジ回路の感度の温度補償回路を前記ブリツ
    ジ回路の電圧入力点の一方に接続し、前記歪ゲー
    ジが所定温度状態にあるとき、前記ブリツジの出
    力点電位にほぼ等しい電圧を発生する電圧発生手
    段を、前記ブリツジの出力点のいずれか一方と抵
    抗体を介して接続して構成し、前記ブリツジ回路
    の零点出力の温度補償を行うようにしたことを特
    徴とする温度補償回路付き集積化センサ。 2 特許請求の範囲第1項において、前記ブリツ
    ジ回路の2つの出力点と前記電圧発生手段とを
    各々別の抵抗体を介して接続して構成し、前記ブ
    リツジ回路の零点出力の温度補償を行うことを特
    徴とする温度補償回路付き集積化センサ。 3 特許請求の範囲第1項において、前記ブリツ
    ジ回路のいずれか一方の出力点と一方の電圧入力
    端との間に半導体歪ゲージと並列に抵抗体を接続
    して構成し、前記ブリツジ回路の零点出力の温度
    補償を行うことを特徴とする温度補償回路付き集
    積化センサ。 4 特許請求の範囲第1項において、前記温度補
    償回路と半導体歪ゲージで構成されるブリツジ回
    路を同一基板上に形成することを特徴とした温度
    補償回路付き集積化センサ。
JP57022633A 1982-02-17 1982-02-17 温度補償回路付き集積化センサ Granted JPS58140604A (ja)

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